高强度纳米纤维膜的制备及其油水分离性能研究开题报告

 2021-08-08 16:48:45

1. 研究目的与意义

目的:随着越来越多的人们把自己的注意力集中在保护环境上,已经发明出来许多材料。许多技术能够分离现存的油水乳液,传统的油水分离方法例如吸收,重力分离,生物处理,离心沉降和电絮凝是常见的分离技术。然而,这些都有一些不利例如分离效率低,操作费用高,易腐蚀并产生二次污染。这些都很大程度上限制了他们的应用。膜分离已经证明是最好的方法分离油水混合物,已经被广泛应用于食品处理,医药,蒸馏以及燃料工业。近年来,许多科学家致力于发明出功能性膜以提供有效快速的油水分离。尤其墨西哥湾的深海石油泄漏事件以后就变得更加紧迫。而且,膜分离技术节约成本、流量稳定,能够大范围用于工业上。静电纺丝是快速制造直径在微米到纳米之间纤维简便的方法。这种方法使用于溶液或者熔融物,主要是聚合物包括合成和天然聚合物。许多研究者已经致力于发展具有复杂结构的纤维,例如中空,芯-壳,蜂窝状以及一些单根纤维和有序排列的纤维结构。不同结构的电纺材料使电纺能满足不同领域的需求。例如过滤,纺织,药物传递,组织工程,光电设备,传感器,催化等等。当提及到过滤,最近有研究用电纺制造纳米纤维过滤膜, 尤其用于油水分离。

意义:电纺纳米纤维膜由于其孔隙率比较高和内部孔结构连接,具有亚微米级的空以及比表面积比较大等优势,具有分离效率高,选择性好,性能稳定的特点,使其具有很大的潜力应用于膜分离技术。 通过电纺,许多关于纳米纤维膜的文献包括聚苯乙烯,聚己内酯,聚甲基丙烯酸甲酯,聚氨酯以及无机二氧化硅纤维等已经被报道。这些制备得到的纤维都稳定性差、强度差、容易产生二次污染、而且无机纤维的柔韧性差,强度差这一最大的障碍,严重限制了它们在实际中的应用。相比较而言,我们采用聚酰亚胺(PI)为原料,通过高压静电纺丝技术电纺聚酰胺酸,在经过程序升温对聚酰胺酸(PAA)进行亚胺化得到具有生物可降解性、成本低廉、显著的机械强度的PI纳米纤维膜。通过对纤维膜表面的修饰,得到具有功能性的纤维膜材料。因此,静电纺聚酰胺酸的疏水亲油材料在油水分离、污水处理以及深海石油泄漏中具有广阔的应用前景。

2. 国内外研究现状分析

李焱,于俊荣,刘兆峰等采用均苯四酸二酐(pmda) 和4,4' - 二氨基二苯醚(oda) 为单体,n,n- 二甲基乙酰胺为溶剂,合成聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸。研究了溶剂体系、反应温度、时间、投料比和总固含量等因素对聚酰胺酸特性黏度的影响。

聚酰亚胺薄膜主要用于电机的槽绝缘及电缆材料。近些年来普遍用作表面分离材料和油水分离的性能研究。主要产品有杜邦的kapton 、宇部兴产upilex 系列。

日本ube公司开发的聚联苯四甲酰亚胺(upilexs),其拉伸强度为500mpa。聚酰亚胺用于工程塑料的模量可达3-4 gpa,据计算,由均苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺纤维弹性模量可达500gpa,仅次于碳纤维。

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3. 研究的基本内容与计划

课题研究内容: 1聚酰亚胺的制备

2. 聚酰亚胺的表征

3.薄膜性能测试和油水分离性能的研究

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4. 研究创新点

设计出高强度的超疏水和超亲油纳米膜,这种膜非常适合用于重力驱动的油水分离。

该膜由静电纺丝芯 - 壳结构化ca-pi纳米纸组成,具有在其表面掺入snp的f-pbz功能层。

通过聚多巴胺(pda)和全氟硅硫醇改性得到高强度的复合纳米纤维膜。

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