静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能_康卫民
静电纺纳米纤维的过滤机理及性能
静电纺纳米纤维的过滤机理及性能摘要：纳米纤维将来最广泛的用途之一是用于过滤材料。
利用静电纺丝方法能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维，形成的纤维毡重量轻，渗透性好，比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好，很适合用作过滤材料。
在基布上铺上纳米纤维层复合后，基布的过滤效率可明显提高，纳米纤维层的孔径比基布约小两个数量级，并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小。
关键词：静电纺丝；纳米纤维；过滤性能近年来，通过静电纺丝制造纳米纤维较为流行。
静电纺丝提供了一种制造纳米纤维的便捷途径，生产纳米纤维所需聚合物的量可小至几百毫克。
静电纺纳米纤维在众多领域有着广泛的用途，不仅可以用作过滤材料，也可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。
但是目前只有在过滤方面的应用稍微成熟，因纳米纤维网强力太低，一般需要熔喷、纺粘、针织布等基布支撑，这样形成的复合过滤材料既克服了纳米纤维强力小的缺点，又发挥了其优越的过滤性能。
DOSHI研究发现，夹入纳米纤维于熔喷与纺粘织物之间做成的过滤材料比传统的商业过滤器更能有效地排除超细微粒。
甚至以纳米纤维为夹层的过滤材料，因为高表面积和低重量，仅仅用重量是原来1／15的这种复合过滤材料就能达到很好的过滤性能[1]。
本文简要介绍了静电纺纳米纤维的发展、基本理论、纺丝工艺参数对静电纺丝的影响，以及非织造织物的过滤机理、结构和性能参数，对静电纺纳米纤维在过滤材料方面的应用研究现状进行综述分析。
1．静电纺丝1.1静电纺丝的发展历程及国内外现状水平静电纺最早出现在20世纪初期。
1917年，Zeleny J阐述了静电纺丝的原理[2]。
1934年，Formhals申请了制备聚合物超细纤维的静电纺丝装置专利[3]；1966年，Simons申请了由静电纺丝法制备超薄、超细非织造膜的专利[4]；1981年，Larrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究[5]；1995年，Reneker研究组开始对静电纺丝进行研究，静电纺丝迅速发展[6]；1999年，Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及微观结构作了研究[7-8]；2000年，Spivak等首次采用流体动力学描述静电纺丝过程，并且提出了静电纺丝的工艺参数[9-10]；2004年，捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可公司合作生产的纳米纤维静电纺丝机问世。
静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能
修 回 日期 ：０ １ ０ ０ ２ １ — ３— ８
基 金 项 目 ： 育 部 长 江 学 者 与 创 新 团队 发 展 计 划 （Ｒ ６ ４ ； 江理 工 大 学研 究 生 创 新 基金 （ Ｃ ．１０ ３ 教 ＩＴ０５ ） 浙 Ｙ Ｘ Ｓ ００ ） 作者 简介 ： 怀云（９４ ） 常 １ ８－ ，女 ，硕 士 生 。主要 研 究 方 向 为 纳 米 纤 维 与 纳 米 复 合 材 料
纳 米纤维 多 孔 膜 ， 最 易 渗 透 粒 径 （ Ｐ ） 测 试 用 ＭＰ Ｓ 法
１ ．６ｍ ／ ， ７０ ｇ 同时 它 的过 滤效 率最 高 ， 过 滤 速 度 为 ５ ３ｃ ／ ， 验 颗 粒 尺 寸 为 ０ ０ 在 ． ｍ ｓ 实 ． ６～０ ４ ｍ 时 ， 过 滤 效 率 在 ．３ 其
９ ． ％ ～ ９ ９ ３ 之 间 ， 易 渗透 粒 径 约 为 ０ １ ｍ。 ９９ ９ ．９ ％ 最 ．４ 关 键 词 静 电纺 丝 ；纳 米 纤 维 ； 滤 性 能 ； 易 渗 透 粒 径 法 过 最
到高效空气 过滤 介质 、 高通 量超 滤 膜 、 凝结 过 滤
器 、 化过滤器 、 催 离子交 换过滤介质 等 。
伸 速率 为３ｍ ／ ｉ。 ｍ ｍ ｎ
１ ３ ４ 过 滤 性 能 测 试 ．．
聚丙 烯腈 （ Ａ 由于 其 良好 的耐 溶 剂性 、 老 Ｐ Ｎ） 耐 化性 及绝 缘性 ， 常 适 合 作 过滤 材 料 。本 文 利 用不 非 同质量分 数 的 Ｐ Ｎ 纺丝 液 经 静 电纺丝 制 备 了 Ｐ Ｎ Ａ Ａ
静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能
静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能常怀云;许淑燕;应黎君;宋叶萍;李妮;熊杰【摘要】Polyacrylonitrile ( PAN ) nanofibrous porous membranes were prepared by electrospinning of PAN solutions with different mass concentrations and then characterized by morphology, diameter of fiber, porosity and specific surface area, mechanical properties and filtration efficiency. The results show that the average diameter of the nanofibers increases as the mass concentration of spinning solutions increases, but the porosity and specific surface area, and filtration efficiency of the corresponding nanofibrous porous membranes decrease. In comparison, the porous fibrous membrane which was electrospun from the solution with 10% mass concentration presents a quite high porosity and specific surface area, which are respectively 51.40% and 17.06 m2 /g; moreover, it also displays the best filtration efficiency among all the samples. When the filtration rate is 5. 3 cm/s and experimental particle size is 0. 06 ~0. 43 μm, its filtration efficiency is between 99. 9% and 99. 993% , and the most easily penetrating particle size is about 0. 14 μm.%将不同质量分数的聚丙烯腈( PAN)纺丝液进行静电纺丝,制备了PAN纳米纤维多孔膜,并对静电纺PAN纳米纤维膜的形貌、纤维直径、孔隙率和比表面积、力学性能以及过滤性能进行表征和测试.结果表明,随着PAN质量分数的增加,纤维的平均直径明显增加;对应的静电纺多孔纤维膜的孔隙率和比表面积都减小、过滤效率降低.其中,由PAN质量分数为10％的纺丝液制备的多孔纤维膜具有较高的孔隙率和比表面积,分别为51.40％和17.06 m2/g,同时它的过滤效率最高,在过滤速度为5.3 cm/s,实验颗粒尺寸为0.06 ～0.43 μm时,其过滤效率在99.9％～99.993％之间,最易渗透粒径约为0.14 μm.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2011(032)009【总页数】4页(P1-4)【关键词】静电纺丝;纳米纤维;过滤性能;最易渗透粒径法【作者】常怀云;许淑燕;应黎君;宋叶萍;李妮;熊杰【作者单位】浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018;杭州职业技术学院艺术系,浙江杭州310018;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州 310018;浙江朝晖过滤技术有限公司,浙江嘉兴314511;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TS151.9静电纺丝技术是利用聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得连续性纤维的纺丝方法。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展I. 概览随着科技的不断发展，静电纺丝纳米纤维作为一种新型的过滤材料受到了广泛关注。
静电纺丝纳米纤维具有尺寸均匀、比表面积大、孔隙结构可控等优点，因此在空气过滤、水过滤、生物膜等领域具有广泛的应用前景。
本文将对静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
首先静电纺丝纳米纤维在空气过滤方面的应用已经取得了显著的成果。
研究人员通过改变静电纺丝过程中的参数，如电场强度、电流密度、纺丝温度等，成功制备出具有不同孔径分布和表面化学性质的纳米纤维。
这些纳米纤维可以有效地去除空气中的颗粒物、病毒、细菌等污染物，从而提高空气质量。
此外静电纺丝纳米纤维还可以作为活性炭等传统空气净化材料的载体，进一步提高其吸附性能。
其次静电纺丝纳米纤维在水过滤方面的应用也日益受到重视，研究人员发现，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维具有良好的疏水性和亲水性，可以在水中形成稳定的悬浮液，实现高效的水处理。
同时由于纳米纤维的孔径大小可控，因此可以根据水质要求选择合适的纳米纤维进行处理，从而实现高效、低耗的水净化。
此外静电纺丝纳米纤维还可以与其他水处理材料(如活性炭、光催化材料等)复合使用，进一步提高水处理效果。
静电纺丝纳米纤维在生物膜领域的应用也具有很大的潜力，生物膜是一种广泛应用于水处理、气体分离等领域的重要膜材料，而静电纺丝纳米纤维可以作为生物膜的重要组成成分之一，提高生物膜的稳定性和选择性。
研究人员已经成功地将静电纺丝纳米纤维与微生物菌种相结合，制备出具有良好性能的生物膜过滤器。
这种过滤器可以有效地去除水中的有机污染物、重金属离子等有害物质，为水处理提供了一种新的思路。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究取得了一系列重要进展，为空气过滤、水过滤、生物膜等领域的发展提供了有力支持。
然而目前的研究仍存在一些问题，如纳米纤维的制备工艺尚不完善、性能评价方法不够成熟等。
静电纺纳米纤维的过滤机理及性能
第33卷第1期2007年2月东华大学学报(自然科学版)J OU RNAL O F DON GHUA UN IV ERSIT Y (NA TU RAL SCIENCE )Vol.33,No.1Feb.2007 文章编号:1671-0444(2007)01-0052-05静电纺纳米纤维的过滤机理及性能3覃小红,王善元(东华大学纺织学院,上海201620)摘 要:静电纺丝是种相对简单的不同种聚合物来制造超细纤维的方法.纳米纤维将来最广泛的用途是过滤.研究静电纺纳米纤维的过滤机理,测试分析不同基布与纳米纤维层复合后的过滤效率、过滤阻力及孔径的变化.结果表明在基布上铺上纳米纤维层复合后,过滤效率明显增加,压力降也有一定增加;纳米纤维层的孔径比基布孔径约小两个数量级,并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小.关键词:静电纺丝;纳米纤维;过滤性能中图分类号:TS 176+.9 文献标志码:AF i l t r a t i o n P r o p e r t i e s o f E l e c t r o s p i n n i n g N a n o f i b e r sQI N X i ao 2hong ,W A N G S han 2y uan(College of T extiles ,Donghu a U niversity ,Sh angh ai 201620,China)Abstract :Elect rospinning is a relatively simple met hod to p roduce submicron fibers from solutions of different polymers and polymer blends.The extensive application in f ut ure of electrospinning nanofibers is filt ration.The objective is to st udy on t he filt ration p roperties of electrospinning nanofibers.During t he experiment s ,nanofibers layers wit h different area weight are placed on t he sp unbond or melt blown sublayers.After t he cross 2linking ,t he filt ration p roperties are tested.The result shows t hat t he filt ration efficiency and filt ration resistance bot h increase sharply when nanofibers layers are added to t he sublayers.Moreover ,t he pore diameter of nanofibers layers are much smaller t han t he sublayers.K ey w ords :elect ro spinning ;nanofiber ;filt ration p roperty 静电纺纳米纤维在众多领域有着广泛的用途,对于人们感兴趣的许多生物来源和生物相容性材料,静电纺丝提供一种制造纳米纤维的便捷途径.生产纳米纤维所需聚合物的量可小至几百毫克.由许多新型聚合物和生物来源的聚合物静电纺制得的纳米纤维,不仅可以用作过滤材料,也可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等.其中,FAN G 和REN E KER [1]制造出了DNA 纳米纤维,KO 和REN E KER 报道了细胞在纳米纤维上的生长,可直接用于治疗创伤和皮肤的烧伤.静电纺纳米纤维的用途涉及的领域非常广,但是目前只有在过滤方面的应用稍微成熟,因纳米纤维网强力太低,一般需要熔喷、纺粘、针织布来支撑.DOSHI [2]研究发现,夹入纳米纤维于熔喷与纺粘织物之间做成的过滤材料比传统的商业过滤器更能有效地排除超细微粒.甚至以纳米纤维为夹层的过3 收稿日期:2005-05-30作者简介:覃小红(1977-),女,湖北赤壁人,讲师,博士,研究方向为纺织材料与纺织品设计、纳米材料、纳米纤维.E 2mail :xhqin @第1期覃小红,等:静电纺纳米纤维的过滤机理及性能53滤材料高表面积低重量,仅仅用1/15的这种复合过滤材料就能达到很好的过滤性能[3],应用在高端过滤方面的应用价值难以估量.目前,还没有文献报道过静电纺纳米纤维过滤性能的系统测试及研究,所以,研究静电纺纳米纤维的过滤机理及性能是非常重要的.1 静电纺纳米纤维的过滤机理对于气溶胶粒子的纤维过滤来说,参与过滤的3个主要因素是:分散介质、分散粒子和纤维过滤材料.它们的主要特征决定过滤过程的基本参数:过滤效率、过滤阻力和容尘特性.其中,纤维过滤材料的主要特征包括:过滤的面积和厚度,组成过滤器的纤维直径与形态,过滤器的孔隙率和荷电情况.总的说来,过滤理论的基本问题就是要解决过滤效率(η)和过滤阻力(ΔP)与微粒特性、分散介质和过滤器结构参数之间的函数关系.[4-6]过滤过程在理论上可以分为2个阶段:第1阶段称为稳定阶段,在此阶段里,过滤器对微粒的捕捉效率和阻力不随时间而改变,而是由过滤器的固有结构、微粒的性质和气流决定的;第2阶段称为不稳定阶段,在此阶段里,捕捉效率和阻力不取决于微粒的性能而是随时间的变化而变化的,主要是随着微粒的沉积、气体的侵蚀、水蒸气的影响等变化.对于过滤微粒浓度很低的气流,特别是用于空气洁净技术中普通的含尘空气,过滤过程主要是稳定过滤过程,在很长时间内,过滤器中纤维过滤材料由于微粒的沉积等原因而引起的厚度上的变化很小,因此容尘量可以不作为主要参数来考虑.本文的研究对象是空气净化中用作高效过滤器的静电纺纳米纤维过滤材料,因此过滤机理均为纳米纤维过滤材料在第1阶段过滤过程中捕集微粒的机理.经典的过滤理论对过滤效率的分析都建立在孤立纤维法的基础上,这种方法的原理是:利用与气流方向垂直的单根纤维(假设为圆柱体)周围的流体速度场,计算微粒由于各种沉积机理作用在纤维上的沉积率,在考虑相邻纤维的影响后,确定单根纤维上的总沉积率(单根纤维的捕捉效率)之后,进而计算出过滤效率.[7]根据经典的过滤理论,在纤维过滤器的第1阶段过滤过程中有5种主要的捕集微粒的机理起作用:拦截效应、惯性效应、布朗扩散、重力沉降和静电捕获.微粒被捕集是几种机理共同作用的结果,其中一种或几种机理起主要作用,从理论上可以计算出在每一种捕捉机理下单纤维的捕捉效率,但是单纤维的总捕捉效率并不是各种机理下捕集效率的简单相加,而是各种捕集机理之间存在着相互作用.由于实际过滤器极为复杂,很难从理论上精确描述,即使要反映这种复杂性,也只有通过在公式中加入各种经验修正项,而不同条件下的修正结果也会有差异,因此理论计算得到的结果很难同实验结果取得精确一致,当然两者结论趋势基本相似,理论分析常常用于对比或定性地说明影响过滤性能的种种因素与过滤性能的关系.从参与空气过滤的3个主要因素:粒子、分散介质(空气)和过滤器的特征来考虑,影响空气过滤器过滤性能的最重要的参数为:粒子直径、空气流速、纤维直径和填充率.总的说来纤维越细,填充得越密实、越均匀,所能过滤的粒子越小,过滤效率越高,图1清晰地表示这一原理,但相应的过滤阻力也越大.图1 过滤效率随着纤维直径的减小而明显增加Fig.1 Filtration eff iciency being m arkedly increasedwith reduced f iber diameter2 静电纺纳米纤维的过滤性能2.1 过滤效率及过滤阻力的测试分析过滤效率和过滤阻力的测定方法有数字粒子计数法、钠焰法、DO P法等.本实验中对基布及纳米纤维层的过滤性能采用的是钠焰法.钠焰法测试原理为:一定浓度的氯化钠水溶液用洁净压缩空气经专用喷雾器雾化后引到干燥空气流中使雾滴的水分蒸发,形成亚微米级多分散固体氯化钠气溶胶,即实验尘.含尘空气流过被测滤料,过滤前后气溶胶浓度之比的百分数即为被测滤料的透过率,气溶胶浓度是用钠火焰光度计法测出相应的光电流值,压差即为被测滤料的过滤阻力.54 东华大学学报(自然科学版)第33卷过滤效率的计算公式为η=1-K =1-A2-A1φA×100%(1)式中:η为被测滤料的过滤效率;K 为被测滤料的透过率;A1为滤前实验尘的光电流值;A2为滤后实验尘的光电流值;A 0为检测台的本底光电流值;φ为检测台的自吸收系数.本课题中过滤效率及阻力的测试是在捷克里贝莱兹技术大学完成的.在这个实验中,由于纳米纤维层强力低,不能单独测试其性能,所以测试不同面密度的纳米纤维层与基布复合体的过滤性能(过滤效率、压降及孔径).纳米纤维层是由P V A 水溶液静电纺丝得到的,P V A 纳米纤维常温下不会再溶解于水中.实验将不同面密度的纳米纤维分别放置在纺粘或熔喷基布上,在复合后测试其过滤性能.测试结果见图2.图2 纺粘无纺布+纳米纤维层复合体与熔喷无纺布+纳米纤维复合体的过滤效率及压力降的对比Fig.2 Comparison of f iltration eff iciency and press dropb etw een nano fib er layers w ith spu nbond sub layers and nanof iber layers with meltblow n sublayers测试的方法是高效过滤器方法(H E P A ),即钠焰法,按英国标准B S 4400进行.这种方法以N a Cl气溶胶微粒平均直径为0.6μm ,将其渗透进测试试样,过滤速率为5m /mi n ,测试面积为100c m 2,测试装置为捷克生产的过滤性能测试仪.由图2(a )中可见,在纳米纤维层的面密度相同时,熔喷无纺布+纳米纤维复合体的过滤效率明显高于纺粘无纺布+纳米纤维层复合体.并且熔喷基布的过滤效率为30%,基布上纳米纤维层面密度仅达到0.7g /m 2时,过滤效率就可以增加到92%,在纳米纤维层面密度为2.4g /m 2时,过滤效率达到100%.同样,在以纺粘无纺布为基布时,只需在基布上多放一些纳米纤维,在纳米纤维层面密度为2.9g /m 2时,过滤效率也达到100%,而所用的纺粘无纺布自身的过滤效率仅为6.3%.这些结果充分说明纳米纤维在提高过滤效率方面的显著作用,结合过滤机理,证实了纤维越细,填充得越密实、越均匀,所能过滤的粒子越小,过滤效率越高.从图2(b )中可以发现,在纳米纤维层的面密度相同时,熔喷无纺布+纳米纤维复合体的压力降明显高于纺粘无纺布+纳米纤维层复合体.在纳米纤维层面密度为 1.9g /m 2时,基布+纳米层复合体的压力降急剧增加.这也说明,纤维越细,过滤效率越高,相应的过滤阻力也会越大,但是过大的压力降会影响透气性.以上分析说明基布加入纳米层后过滤效率均明显提高,压力降也明显增大.2.2 孔径的测试及分析孔径的测试是在东华大学完成的,采用孔径测试仪(Capillary Flow Porometer 3CFP 1100AI 3)来测试孔径.试样分别为基布(纺粘无纺布)及基布与纳米纤维复合体.按照仪器标准,每种试样中随机剪取3块样品进行测试,图3为基布中3块样品的孔径分布图,图4为基布与纳米层复合体中3块样品的孔径分布图.比较图3与图4,从孔径分布图可以看见基布的孔径离散度明显大于基布与纳米层复合后的孔径离散度.并且,基布的最小孔径为18.0636μm ;而铺上纳米层后,最大孔径仅为1.7286μm ,最小孔径为0.6008μm ,也就是纳米纤维层的孔径远远小于基布的孔径,所以说明基布与纳米层复合后过滤性能的提高完全取决于纳米纤维的性能. 第1期覃小红,等:静电纺纳米纤维的过滤机理及性能55图基布中3块样品的孔径分布3Aperture distributing chart of3sublayers图4 基布+纳米层复合体孔径分布Fig.4 Aperture distributing chart of nanof ibers added on the sublayers56 东华大学学报(自然科学版)第33卷2.3 基布(纺粘无纺布)与纳米纤维层的扫描电镜图比较图5和6的电镜图,基布的纤维直径约12μm ,而纳米层的纤维直径约为250nm ,相差约两个数量级.直径的急剧减小是导致纳米纤维过滤效率大大提高的主要因素,这也与上述图1中过滤机理的论述一致.图5 基布扫描电镜图,放大倍数1000倍(纤维直径约为12μm)Fig.5 SEM photograph of sublayers with m agnif icationof 1000(f iber diameter is about 12μm)图6 纳米层的扫描电镜图,放大倍数20000倍(平均直径约为250nm)Fig.6 SE M photograph o f nano fib er layers w ith m agni ficationof 20000(average diameter is about 250nm)3 结论静电纺纳米纤维由于直径小(本文中直径是200n m 左右),具有很大的比表面积、很大的表面积—体积比,在成型的网毡上有很多微孔,因此有很强的吸附力以及良好的过滤性能.文中通过一系列实验测试纳米纤维过滤效率、过滤阻力(压力降)及孔径,结论如下:(1)在基布上铺上纳米纤维层复合后,过滤效率明显增加,压力降也明显增加.其中,在面密度为15g/m 2,过滤效率为30%,压力降为35P a 的熔喷无纺布上铺上面密度为2.4g/m 2的纳米纤维层复合后,过滤效率能达到100%,但相应的压力降增加到1530P a .同样的规律也出现在纺粘无纺布与纳米纤维层复合体上.(2)将纳米纤维层铺在基布(纺粘无纺布)上复合后,分别测试复合体孔径及基布孔径,研究表明纳米纤维层的孔径比基布孔径约小两个数量级,并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小.参 考 文 献[1] F ANGX,RE NEK E RD H .D N A F ibers by E lectr os pinn ing[J ].J M acrom ol S ci Phy,1997,B36(2):169-173.[2] D OSHIJ.Nan ofiber 2Based N on w ov en C om pos ites:Properties and A pplications[J ].N on w 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一种制备纳米纤维的静电纺丝装置[发明专利]
![一种制备纳米纤维的静电纺丝装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2d5cc049b0717fd5370cdc8e.png)
专利名称：一种制备纳米纤维的静电纺丝装置专利类型：发明专利
发明人：刘雍,范杰,康卫民,程博闻,刘健
申请号：CN201310479063.5
申请日：20131011
公开号：CN103484954A
公开日：
20140101
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种制备纳米纤维的静电纺丝装置，该装置主要包括喷液器、静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、接收帘。
喷液器固定在纺丝池底部与贮液池相连，针状电极在纺丝池底部，与静电发生器相连；平板电极在纺丝池上方并与地连接，接收帘在平板电极下方。
纺丝时，溶液以一定的压力和流量由贮液池送入喷液器，在喷液器顶端形成喇叭花状的薄液膜，静电发生器使针状电极和平板电极间形成静电场，在液膜顶端形成射流飞出，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡。
纺丝池内溶液被抽回贮液池。
本发明的有益效果是：结构简单，成本低，纺丝液可循环，生产效率高，可实现纳米纤维的规模化生产，满足工业生产对纳米纤维及其相关产品的需求。
申请人：天津工业大学
地址：300160 天津市河东区成林道63号
国籍：CN
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静电纺PAN基纳米纤维膜的结构调控及空气过滤性能研究
静电纺PAN基纳米纤维膜的结构调控及空气过滤性能研究近年来，随着环境污染问题的日益严重，空气过滤技术的研究和应用变得越来越重要。
静电纺技术作为一种制备纳米纤维膜的有效方法，具有高效过滤和低能耗的优势，因此备受关注。
本文旨在探究静电纺聚丙烯腈（PAN）基纳米纤维膜的结构调控及其在空气过滤中的性能。
首先，我们采用静电纺技术制备了一系列PAN基纳米纤维膜。
通过调节静电纺参数，如高压电场强度、溶液浓度和流速等，我们成功调控了纤维膜的直径和形貌。
扫描电子显微镜的观察结果表明，纤维膜的直径与高压电场强度和溶液浓度呈正相关关系，而与流速呈负相关关系。
此外，我们还发现溶液浓度对纤维膜的形貌有着显著影响。
通过结构调控，我们成功制备了具有不同直径和形貌的纳米纤维膜。
接下来，我们对所制备的纳米纤维膜进行了空气过滤性能测试。
实验结果表明，纤维膜的直径和形貌对过滤效果有着显著影响。
具有较小直径和较光滑表面的纤维膜表现出更好的过滤效果。
我们进一步研究了纤维膜的孔隙结构对过滤性能的影响。
结果显示，孔隙结构越均匀，纤维膜的过滤效果越好。
此外，我们还对纤维膜的气体通透性和阻力进行了测试。
结果显示，纤维膜具有较高的气体通透性和较低的阻力，说明其具有良好的应用潜力。
综上所述，通过静电纺技术成功制备了具有不同直径和形貌的PAN基纳米纤维膜，并研究了其在空气过滤中的性能。
通过结构调控，我们发现纤维膜的直径和形貌对过滤效果有着显著影响。
此外，纤维膜的孔隙结构、气体通透性和阻力也对过滤性能起着重要作用。
这些研究结果为静电纺PAN基纳米纤维膜的进一步优化和应用提供了重要参考，有助于改善空气质量，保护人们的健康。
静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展
静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展陈晓青;谭晶;李好义;丁玉梅;杨卫民;何雪涛【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2017(039)007【摘要】静电纺丝法可实现多种材料一维纳米结构的构筑,对纳米纤维的粗糙结构、直径、比表面积、堆积密度和连通性精准可控,在环境领域具有广阔的应用前景.系统介绍了静电纺丝法制备的纳米纤维在过滤、催化氧化、吸附、固定酶及物理性污染等领域的应用,并指出了目前研究存在的问题和今后研究的方向,旨在为进一步扩宽纳米纤维在环境污染治理领域中的应用.【总页数】4页(P798-801)【作者】陈晓青;谭晶;李好义;丁玉梅;杨卫民;何雪涛【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029【正文语种】中文【相关文献】1.静电纺丝法制备煤基纳米碳纤维及其在超级电容器中的应用 [J], 何一涛;王鲁香;贾殿赠;赵洪洋2.静电纺丝法制备PBS纳米纤维膜及缓释血小板内生长因子的PBS纳米纤维膜的生物活性评价 [J], 孙淑芬;李男男;刘敏;刘译聪;张英超;周延民3.静电纺丝法制备La3+掺杂SnO2中空纳米纤维及其红外发射率研究 [J], 汪心坤;赵芳;唐香珺;段荣霞;王建江4.静电纺丝法制备纳米纤维在水体污染治理中的应用与研究进展 [J], 涂舜恒; 郑佳玲5.静电纺丝法和气流静电纺丝法制备聚砜纳米纤维 [J], 姚永毅;朱谱新;叶海;钮安建;高绪珊;吴大诚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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电场的场强有一定降低, 但高静电压下, 并不足以引 起较大变化。这样, 接收距离的增大拉长了喷射距 离, 在一定程度上提高了喷射流的细化、分裂效果。
2. 4 熔喷非织造布与纳米级纤维复合膜性能
表 1 列出了 3 种过滤材料的主要性能, 可以看
出, 熔喷非织造布覆膜后其透气性能有所下降, 但过 滤效率大幅提高, 未驻极熔喷非织造布对1 m以下
图 3 电压与纤 维直径关系曲线
2. 3 接收距离对纤维直径的影响
当纺丝液质量分数为 13% , 电压为22 kV, 喷丝 孔孔径为0 8 mm, 接收距离在17~ 26 cm间变化时, 接收距离与纤维直径之间的关系曲线如图 4 所示。
由图 4 可知, 在17~ 26 cm之间, 随着接收 距离 的增加, 纤维直径也减小。接收距离的增大虽然使
Abstract Spinning solution of poly( hexamethylene adipate) ( 13% ) was prepared using 2 1( w w) mixture of 1, 2 dichloroethane and trifluoroacetic acid as solvent at room temperature. Poly ( hexamethylene adipate) was electrospun into nano_fiber whose diameter in the range of 80 ~ 500 nm, and the nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens was also presented. The morphology of the nano_fiber was investigated by SEM, and the filtration property of the nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens was examined. The results showed that the filtration efficiency of nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens to the particles diameter about 0. 3 m at a flow rate of 2. 83 L min reaches 99. 9% . Key words electrospining; poly( hexamethylene adipate) ; nano_fiber; filtration efficiency
粒子的过滤效率很低, 还不到 50% , 驻极熔喷非织
造布过滤效率约达 90% , 而覆 上纳米级纤维膜后, 对0 3 m左右的粒子过滤效率高达 99 9% 。这是因
为未驻极熔喷 非织造布过滤机理主要 依靠直接拦
截、布朗扩 散、惯性碰撞 和重力沉积等 机械阻挡作
用, 而驻极熔喷非织造布由于驻极而产生的静电效 应大大提高了其过滤性能; 在驻极体熔喷非织造布
从图 2 看出: 聚己二酸己二醇酯纳米级纤维表 面结构比较光滑, 无明显缺陷, 即无珠丝和条带等现
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纺织学报
第 27 卷
象; 而且纳米级纤维膜具有较高的孔隙率, 使其透气 性优良, 过滤阻力低, 比较适合应用于过滤材料。
2. 2 电压对纤维直径的影响
当纺丝液质量分数为 13% , 喷丝头与收集板间 距离( 即接收距离) 为23 cm, 喷丝孔孔径为0 8 mm, 电压在17~ 26 kV间变化时, 电压与纤维直径之间的 关系曲线如图 3 所示。可以看出, 电压的提高有利 于纤维细度的降低。因为随着电压的增大, 高分子 溶液的喷射细流会产生更大的表面电荷密度, 因而 静电斥力增大, 液滴的分裂能力相应增强; 另外, 在 接收距离不变的情况下, 电压增大会使电场强度相 应增加, 从而使射流获得更大的电场力, 加速度就越 大, 导致射流及形成的纤维有更大的拉伸应力及更 大的拉伸应变速率。
上, 形成了非织造布。目前世界上已有几十种聚合 物成功进行了静电纺丝加工[ 2, 3] , 所涉及的有传统化 学纤维, 也有高性能和液晶高分子、弹性体、生物大
分子和导电高分子等, 如 DNA、胶原、丝蛋白[ 4] 等天 然高分子以及聚对苯二甲酸乙二酯[ 5] 、聚氧乙烯[6] 、 聚乙烯醇[ 7] 、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙烯腈、聚 氨酯、聚乳酸[8] 、聚己内酯[9] 、聚酰亚胺、聚苯胺等合 成高分子。
基金项目: 中国石化集团资助项目( 202026)
作者简介: 康卫民( 1979- ) , 男, 博士生 。主要研 究方向为功能高分子、非织造布等。
第 10 期
康卫民等: 静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能
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为过滤材料使用。本文主要采用 1, 2 二氯乙烷和三 氟乙酸共混物为溶剂, 通过静电纺丝法在室温下纺 制出了直径在 80~ 500 nm之间的聚己二酸己二醇酯 纳米级纤维, 并将其与自行研制的驻极体熔喷非织 造布复合, 制得一种高效的新型纳米级纤维复合膜 过滤材料。
覆上纳米级纤维膜, 由于纤维细度极小导致其表面
能和活性增大, 有很强的阻隔性, 同时由于静电纺丝
过程中使纳米级纤维带上电荷, 静电吸附力进一步 增强, 从而使得其过滤效率大大提高。
表 1 过滤材料 性能比较
样品
面密度 厚度
透气性
过滤效率 %
( g m- 2 ) mm ( L m- 2 s- 1) 0. 3 m 0. 5 m 1 m
1 5 性能测试
采用 FEI 公司生产的 QUANTA 200 型扫描电子 显微镜观察纳米级纤维非织造布的表面形态结构。 采用温州市大荣纺织仪器 有限公司生产的 YG( B) 141D 型数字式织物厚度仪对非织造布厚度进行测 试。采用宁波纺织仪 器厂生产的 YG461 型织 物中
图 2 聚己二酸己二醇酯纳米 级纤维膜扫描电镜照片
第 27 卷 第 10 期 2006 年 10 月
文章编号: 0253 9721( 2006) 10 0006 04
纺织学报 Journal of Textile Research
Vol. 27 No. 10 Oct. 2006
静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能
康卫民1,2, 程博闻1, 庄旭品1,2, 丁长坤1
1 4 驻极体熔喷非织造布及复合膜制备
将聚丙烯切片在螺杆挤压机中熔融挤出, 通过 高温高速气流喷吹, 在成网网帘上形成纤网, 然后对 纤网进行电晕放电驻极, 制得驻极体熔喷非织造布, 其中驻极电 压- 5~ - 10 kV, 驻极 间距1~ 2 cm。在 纺丝液质量分数为 13% 、溶液流量为2 mL h, 电压为 22 kV和接收距离为23 cm 时进行静电纺丝, 得到聚 己二酸己二醇酯纳米级纤维, 直接将纳米级纤维喷 洒在驻极体熔喷非织造布上, 制得驻极体熔喷非织 造布与纳米级纤维复合膜。纺丝装置如图 1 所示。
离在17~ 26 cm范围内变化时, 可以纺制直径范围为
80~ 500 nm 的聚己二酸己二醇酯纳米级纤维。
2) 静电纺丝工艺参数的变化对聚己二酸己二 醇酯纳米级纤维的直径有很大影响, 纺丝电压升高、
接收距离增大均可使纤维的直径变细。
3) 驻极熔喷非织造布覆纳米级纤维膜后, 透气
性有所下降, 但其过滤效率显著提高, 对0. 3 m左右
( 1. Tianjin Key Laboratory of Fiber Modification and Functional Fiber , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300160, China; 2. School of T extiles , T ianj in Polytechnic University , Tianjin 300160, China)
静电纺丝是目前制造纳米级纤维的基本方法, 它所纺制的纤维直径范围在10 nm~ 10 m 之间[ 1] 。 静电纺丝过程是带电聚合物溶液或熔体在电场力的 作用下流动变形, 当电场力足够大时, 聚合物液滴可 克服表面张力形成喷射细流, 喷射细流在外加电场 中发生不稳定运动如 鞭动 并分裂, 同时溶剂挥发 或熔体固化形成超细纤维。之后纤维落在接收装置
中图分类号:TQ340. 64
文献标识码: A
Electrospun nano fiber composite membrane and its filtration properties
KANG Wei min1,2 , CHENG Bo wen1 , ZHUANG Xu pin1, 2 , DING Chang kun1
的粒子过滤效率高达 99 9% , 可用作高效精密过滤
材料, 具有良好的应用前景。
FZXB
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第 10 期
徐宾刚等: 纱线扭结分布特征的计算机自动识别方法
由静电纺超细纤维构成的非织造布具有纤维细
度极小的特点和良好的电荷保持能力, 使其表面能 和活性增大, 有很强的阻隔性和静电吸附力, 是一种 优良的驻极体过滤材料[ 10] 。但由于受静电纺丝条
件所限, 所纺纤维强度较低, 目前还很难单独将它作
收稿日期: 2005- 12- 09
修回日期: 2006- 04- 26
压透气量仪对非织造布透气性进行测试。采用苏州 市洁净技术研究所生产的 CLJ 03A 型激光尘埃粒子 计数器对空气中不同粒径粉尘粒子的过滤性能进行 测试, 流量2 83 L min。
2 结果与讨论
2 1 纳米级纤维膜的表面形态结构
图 2 为聚己二酸己二醇酯纳米级纤维膜扫描电 镜照片。