聚乙烯醇/插层氧化石墨烯复合纳米纤维膜的制备及性能

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随着工业的进步和社会的发展,国家对于环保的要求越来越严格。纺织工业在带来巨大经济效益的同时也带来了巨大的污染问题。其中印染行业所产生的大量废水对环境造成极大的破坏,因此一种高效、低成本的污水处理膜成为当前工业发展所急需的技术。但由于当前所采用的聚乙烯醇过滤膜吸附率低、抗水解性差、抗拉伸性能差限制了其的应用。本文结合静电纺丝与热交联技术,以聚乙烯醇(PVA),纳米二氧化硅(Si O2)为原料,酒石酸(TA)为交联剂,制备出抗水解PVA/Si O2交联纳米纤维膜(P/S-CNM)。并在此基础上以Si O2插层的GO作为P/S-CNM的改性层,采用静电喷雾技术,制备出具有夹层结构的PVA/Si O2插层GO复合纳米纤维(P/S@G-CNM)。并且针对纳米纤维膜的微观形貌、化学结构、拉伸性能、热学性能、吸附性能以及对染料污水的截留和抗污染性能进行了表征和分析,得到了截留性好、吸附性高、抗污染性能强的污水处理膜,总结如下:(1)通过静电纺丝加热处理的方式制备出P/S-CNM,主要探究了PVA、Si O2、TA三者质量分数对P/S-CNM抗水解以及吸附性能的影响。SEM表明,当PVA为9 wt%,Si O2为4 wt%时,以共混方式制备出的PVA纳米纤维粗细均匀无并丝和珠状结节;当交联剂TA为35 wt%时,热处理温度160℃,热处理时间15 min,P/S-CNM的溶胀度最低(2.16),质量损失率(3.4%)较小,抗水解性大幅提高,拉伸性能提高了6.5倍;当亚甲基蓝(MB)的浓度为25 mg·L-1时,P/S-CNM的吸附率可达82%。(2)通过Si O2插层GO的方式制备出P/S@G-CNM,主要探究了不同GO与Si O2浓度比(CGO/CSi O2)对GO层间距和拉伸性能的影响,从而筛选出最佳CGO/CSi O2。电镜结果显示了P/S@G-CNM具有三层结构,可观察到Si O2插层GO功能层。当CGO/CSi O2为6∶3时,GO的片层间距由0.805 nm增加到0.876 nm,且拉伸性能由7.2 N提高到8.1 N。(3)主要探究了P/S@G-CNM的纯水通量、截留率、膜稳定性、抗污染等性能。测试结果表明P/S@G-CNM的纯水通量提高到21.05 L·m-2·h-1·MPa-1,对于亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)、刚果红(CR)、铬黑T(EBT)的截留率均在90%以上。此外,P/S@G-CNM兼具稳定性和耐酸碱性两方面的优点,且纯水通量恢复率可达92%,因此P/S@G-CNM具有较好的抗污染性能。进一步研究发现,P/S@G-CNM的过滤机理主要由三部分,分别是物理尺寸效应、吸附效应和静电相互作用。
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