超疏水/超亲油二氧化硅微纳米纤维复合膜的制备与性能研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixuelei19890117
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柴油水分离滤纸具有疏水/亲油性,作用是滤除柴油中的水,提高柴油燃烧效率,延长内燃机寿命。但是,传统有机滤纸存在不耐高温,不耐腐蚀的缺点。本文受到水黾腿中超疏水微纳米纤维的启发,选择静电纺丝法制备得到耐高温、耐腐蚀的超疏水/超亲油二氧化硅微纳米纤维膜作为过滤材料。  通过静电纺丝工艺制备二氧化硅(SiO2)微纳米纤维膜,再经六甲基硅氮烷(HMDS)的表面改性,成功地制备出一种耐高温、耐腐蚀、超疏水/超亲油的SiO2微纳米纤维膜。将该薄膜分别用扫描电子显微镜(SEM),视频光学接触角测量仪(VCA),傅立叶变换红外光谱(FT-IR),X射线光电子能谱(XPS),热重量分析法(TGA),核磁共振图谱(NMR),氮气吸附法BET比表面测试法进行表征,并研究其疏水性、亲油性、吸附性、耐温性、耐腐蚀的能力,从而确定最佳原料配比和制备工艺。  分析SEM得出,经HMDS改性后,SiO2微纳米纤维的表面形貌没有显著变化,直径范围为200-800nm,且SiO2纤维直径越小,薄膜疏水性越好。通过VCA测得,经过HMDS改性的纤维表面呈现超疏水/超亲油性,疏水角高达153°且滚动角为8.2°,同时亲油角低至0°。根据TG和NMR得出,超疏水/超亲油SiO2微纳米膜的最高耐受温度为450℃,即使经过450℃高温处理,SiO2微纳米纤维膜的疏水角仍保持在135°,并且亲油角仍保持在6°,依然能保持优秀的疏水且超亲油的特性。通过不同的煅烧时间来改变SiO2微纳米纤维表面的粗糙度,从而提高改性后纤维的疏水性,对比分析得出结论:由600℃1小时煅烧过程得到的纤维表面孔隙直径最大,其值为23.2nm,从而表面粗糙度最大,改性之后纤维的疏水性最强。利用BET氮气吸附法测试得出,前驱体溶液中SiO2的质量分数越小,所得纤维膜的比表面积越高。当前驱体溶液中SiO2的质量分数为10wt%时,所得纤维的吸附性能最好,其氮气吸附量高达157g/cm3,同时比表面积高达385.1m2/g。通过耐腐蚀测试结果表明,经过HMDS改性后的SiO2微纳米纤维膜具有优秀的耐腐蚀能力。
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