靜電紡絲法制備氧化鋁纖維及其在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，水體污染、大氣污染等環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，給人們的健康帶來了越來越多的危害。因此，研究簡單實(shí)用的方法制備用于環(huán)境治理的新材料具有重要意義。靜電紡絲法具有設(shè)備簡單、操作方便、環(huán)保、成本低、用途廣泛等特點(diǎn)，可以用于制備多種材料的納米纖維及纖維膜。氧化鋁具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱率低以及穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的功能性材料，在污水處理、高溫?zé)焿m過濾等環(huán)境領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文在靜電紡絲法制備氧化鋁納米纖維及其在環(huán)境領(lǐng)域中的

2、應(yīng)用研究方面取得系列進(jìn)展:制備了介孔納米氧化鋁纖維、氧化硅-氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜以及柔性氧化鋁纖維膜，研究了所制備的纖維材料在污水處理、工業(yè)煙塵細(xì)粒子過濾領(lǐng)域的相關(guān)性能。
　　1.介孔氧化鋁纖維的制備及其吸附性能研究
　　以Al(NO3)3·9H2O與AlCl3·6H2O為酸性鋁源，異丙醇鋁(Al(O-i-Pr)3)與鋁粉為堿性鋁源，HNO3為催化劑，去離子水為溶劑，80℃下回流攪拌形成透明溶膠。以三嵌段共聚物P123為造孔

3、劑，聚環(huán)氧乙烷PEO為助紡劑，加入上述溶膠中，攪拌均勻，得到紡絲溶液。將紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到干凝膠纖維。將干凝膠纖維經(jīng)450-600℃煅燒后得到無定形態(tài)介孔Al2O3纖維，纖維的比表面積為264.1m2 g-1;經(jīng)700-900℃煅燒后得到γ-Al2O3介孔纖維，纖維的比表面積為2426 m2 g-1;經(jīng)1100℃煅燒后，纖維的物相由γ-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，此時(shí)氧化鋁晶粒長大，介孔結(jié)構(gòu)消失。煅燒后的介孔氧化鋁纖維直徑均

4、在130-200nm之間。γ-Al2O3介孔纖維對(duì)剛果紅染料具有優(yōu)異的吸附性能。經(jīng)700℃煅燒后的γ-Al2O3介孔纖維對(duì)剛果紅的最大吸附量為781.25mg g-1。此外，所制備的介孔氧化鋁纖維具有優(yōu)異的耐酸性及良好的循環(huán)使用性能，這有利于纖維在吸附劑等相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
　　2.柔性自支撐氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜的制備及其對(duì)剛果紅的吸附性能研究
　　將氧化硅溶膠前驅(qū)體作為核材料，將氧化鋁溶膠前驅(qū)體作為殼層材料，

5、進(jìn)行同軸靜電紡絲，高溫煅燒之后得到了柔性自支撐氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜。其中，核殼結(jié)構(gòu)纖維膜中的氧化硅核起到提高膜的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性的作用，介孔氧化鋁殼層起到增強(qiáng)纖維膜的吸附性能的作用。所制備的核殼結(jié)構(gòu)纖維膜對(duì)剛果紅染料具有較好的吸附能力，并且在使用過程中能夠保持完好的膜形態(tài)，這使其在實(shí)際應(yīng)用中易于操作和分離回收。經(jīng)700℃煅燒后的核殼結(jié)構(gòu)纖維膜對(duì)剛果紅的48h吸附量為115mg g-1。氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜良好的吸

6、附性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度、易于回收再生循環(huán)使用的特性以及簡單方便的制備方法使其在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　3.柔性自支撐γ-Al2O3纖維膜的制備及其對(duì)亞微米級(jí)顆粒物的過濾性能研究
　　以鋁粉與羧酸反應(yīng)制得氧化鋁前驅(qū)體，利用助紡劑PEO調(diào)節(jié)紡絲液的粘度，通過靜電紡絲法制備了氧化鋁干凝膠纖維膜，高溫煅燒之后形成γ-Al2O3纖維膜。纖維膜由隨機(jī)排布的氧化鋁納米纖維組成。纖維直徑約為230nm，且具有較高的長徑比。所制

7、備的γ-Al2O3纖維膜具有自支撐性能、良好的柔韌性、較高的機(jī)械強(qiáng)度(2.98MPa)和良好的熱穩(wěn)定性(900℃下結(jié)構(gòu)形態(tài)穩(wěn)定)，這有利于纖維膜在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。并且，所制備的γ-Al2O3纖維膜對(duì)300nm DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)具有優(yōu)異的過濾性能。經(jīng)700℃煅燒后的γ-Al2O3纖維膜，當(dāng)克重為9.28g m-2時(shí)，過濾效率為99.848％，壓阻為239.12Pa;當(dāng)纖維膜的克重大于11.36gm-2時(shí)，過濾效率高于99.97