【摘 要】
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静电纺纳米纤维膜通常具有高孔隙率、高比表面积、以及可调节孔径的结构特点。利用这一技术优势,由静电纺丝技术制备的多功能纳米纤维膜在处理含有多种污染物的污水时,不仅可以通过筛分过滤去除污水中的纳米颗粒物,同时还可以通过吸附作用去除污水中的带电物质,如阳离子染料、重金属离子等。本课题通过双喷头静电纺丝技术制备了多功能磺化聚醚砜(SPES)纳米纤维膜。其中,聚醚砜纳米纤维膜的功能化通过两种方式进行:(1)
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静电纺纳米纤维膜通常具有高孔隙率、高比表面积、以及可调节孔径的结构特点。利用这一技术优势,由静电纺丝技术制备的多功能纳米纤维膜在处理含有多种污染物的污水时,不仅可以通过筛分过滤去除污水中的纳米颗粒物,同时还可以通过吸附作用去除污水中的带电物质,如阳离子染料、重金属离子等。本课题通过双喷头静电纺丝技术制备了多功能磺化聚醚砜(SPES)纳米纤维膜。其中,聚醚砜纳米纤维膜的功能化通过两种方式进行:(1)制备静电纺聚醚砜纳米纤维膜,然后表面进行磺化处理;(2)由不同磺化度的磺化聚醚砜直接静电纺丝制备纳米纤维膜。由于纳米纤维膜的比表面积、孔径大小等均与纤维直径相关,因此通过SEM和TEM的表征,我们系统研究了影响静电纺纳米纤维直径的因素,除了磺化聚醚砜的分子量外,溶液浓度和磺化度也是决定纳米纤维直径的重要因素。通过提高磺化聚醚砜的分子量、降低纺丝液的浓度以及提高磺化度,制备了超细磺化聚醚砜纳米纤维膜,其平均纤维直径在30-60 nm。实验证明,通过调控纳米纤维的直径可以改变和调节膜的孔径及孔径分布,从而影响该膜对纳米颗粒的截留率;而位于纳米纤维表面的磺酸基团则可作为活性位点,通过静电相互作用吸附污水中的染料和重金属离子。我们进一步系统研究了磺化聚醚砜纳米纤维膜对染料和重金属离子的吸附动力学和热力学,以及对纳米颗粒悬浮液的过滤性能。这种多功能纳米纤维膜可以通过过滤和吸附的协同作用同时去除多组分污染污水中的纳米颗粒、染料、重金属离子。最后,用含有0.2μm纳米颗粒、亚甲基蓝和Pb(II)离子的多污染物模型污水来测试超细SPES纳米纤维膜的过滤性能,测试结果表明,在压力小于0.02 MPa下过滤水通量可达240 L/m2h,对纳米颗粒、染料、重金属离子的截留率均可达到99.0%以上。
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