磺化聚苯乙烯電紡纖維膜的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、靜電紡絲是制取超細(xì)纖維的重要方法。聚苯乙烯(PS)是一種應(yīng)用廣泛的離子交換基材，其電紡纖維有著廣泛的應(yīng)用前景。 本文首先用乳液聚合制備出系列高分子量聚苯乙烯，然后進(jìn)行聚苯乙烯靜電紡絲與增強(qiáng)熱處理，然后采用濃硫酸進(jìn)行磺化處理，制備磺化超細(xì)聚苯乙烯離子交換纖維膜，最后研究其吸附性能。具體研究?jī)?nèi)容包括：聚苯乙烯的分子量和濃度、輔助電極和添加劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)對(duì)電紡分裂行為和電紡膜形態(tài)和性能的影響；熱增強(qiáng)處理和多壁碳納米管(

2、MWCNT)對(duì)聚苯乙烯電紡纖維膜形態(tài)與力學(xué)性能的影響；磺化反應(yīng)對(duì)磺化聚苯乙烯(SPS)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的影響；SPS纖維膜對(duì)陽(yáng)離子艷紅模擬染料廢水的吸附性能。采用烏氏粘度計(jì)測(cè)量PS粘均分子量，采用高分辨率高速攝像儀研究紡絲射流分裂行為，采用掃描電鏡觀察纖維形貌，采用紅外光譜儀分析磺化效果，使用熱重分析儀分析SPS纖維熱穩(wěn)定性，使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)w維膜的拉伸性能，并使用紫外分光光度計(jì)評(píng)價(jià)SPS纖維膜對(duì)陽(yáng)離子艷紅水溶液的吸附作用。

3、 得出以下主要結(jié)論： (1)PS的分子量和濃度影響電紡性和纖維形態(tài)與性能。PS分子量越大，紡絲時(shí)穩(wěn)定射流越長(zhǎng)，鞭動(dòng)不穩(wěn)定區(qū)域變小，纖維平均直徑變粗，且纖維平均直徑與粘均分子量的1.831方成正比。隨PS分子量增大，分子鏈纏結(jié)點(diǎn)增多，超細(xì)纖維膜拉伸斷裂強(qiáng)度增大。PS3丁酮溶液的可紡濃度范圍為8-15 w/v％。其中最穩(wěn)定紡絲濃度為10 w/v％，纖維形態(tài)優(yōu)良，平均直徑為1.9μm。 (2)輔助電極推遲了射流分裂過(guò)程，電

4、紡膜面積變小和面密度增大，所得超細(xì)纖維平均直徑略增大、形態(tài)良好。輔助電場(chǎng)強(qiáng)度越大，會(huì)聚現(xiàn)象越明顯.輔助電極的管長(zhǎng)對(duì)射流分裂行為無(wú)影響，而管徑影響顯著。SDBS加入使電紡溶液的表面張力、電導(dǎo)率增加和粘度下降。SDBS使穩(wěn)定射流長(zhǎng)度減小，纖維平均直徑減小。所得電紡膜面密度下降，光澤性良好，均勻性提高，電紡膜力學(xué)性能提高明顯，容易從收集屏上取下。同時(shí)使用輔助電極和添加SDBS情況下所得纖維膜與無(wú)輔助電極、無(wú)SDBS的PS纖維膜相比，收集面積變

5、小，同時(shí)電紡膜均勻性，可揭性明顯提高。 (3)通過(guò)熱處理和添加少量多壁碳納米管可以改善PS纖維膜的力學(xué)性能。熱處理時(shí)，在溶劑中處理時(shí)間，熱處理溫度、時(shí)間、壓力均影響纖維膜形態(tài)和性能。添加1wt％MWCNT的PS纖維膜熱處理后拉伸強(qiáng)度最大。 (4)紅外與掃描電鏡結(jié)果顯示，隨著磺化時(shí)間增加，與磺酸根相關(guān)吸光度增大，纖維表面依次出現(xiàn)褶皺溝槽與細(xì)微“顆?！碧卣?，纖維的吸水性增大，初始熱失重溫度降低，磺化程度加大?；腔磻?yīng)未造成P

6、S主鏈降解，拉伸斷裂強(qiáng)度變化不明顯。SPS超細(xì)纖維膜對(duì)陽(yáng)離子紅染料去除率高。且纖維膜用量越大，吸附速度越快，吸附過(guò)程遵循Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)。設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)吸附裝置，SPS超細(xì)纖維膜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)離子艷紅染料模擬廢水的吸附處理，能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持高的去除率，但去除率隨過(guò)濾水量的增加緩慢降低。 本論文的特色與創(chuàng)新之處在于： 1、率先探討了輔助電極和十二烷基苯磺酸鈉對(duì)聚苯乙烯電紡分裂行為和電紡纖維形態(tài)與性能的影響，使用輔