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静电纺丝纳米纤维可去除挥发性有机化合物
2018/4/24 10:03:50 admin

  挥发性有机化合物( VOC )通常在许多工业过程或住宅应用的涂料和油漆中释放。高浓度的VOC可引起昏迷、抽搐和记忆力减退,低浓度的VOC可引起头痛、恶心和呕吐。静电纺丝纤维具有高的比表面积,是去除环境中VOC的理想选择。电纺膜已经被用于商业空气过滤介质中,VOC去除能力可以被添加到该膜中以用于工业和居住区。

  材料去除VOC的能力受几个因素的影响,包括材料的表面积和化学性质。活性炭由于其高表面积而被广泛用于VOC吸收。然而,它们通常以颗粒形式存在,需要载体来容纳。相反,电纺纤维膜是独立结构。虽然电纺纤维的表面积比活性炭低,但是可以通过引入表面孔来进一步改善。使用适当材料也能提高其性能。Scholten等人(2011)以4,4 -亚甲基双(苯基异氰酸酯) (MDI)和脂肪族异佛尔酮二异氰酸酯为硬链段,丁二醇和四亚甲基二醇为软链段,制备了聚氨酯电纺纤维膜。电纺的MDI膜由于与聚合物结构单元的化学相似性而受到甲苯蒸气的挑战。在氮气中甲苯浓度为10 %时,MDI纤维和活性炭对甲苯的吸附量分别为32 %和35 %。MDI纤维的另一个优点是,使用氮气吹扫吸收的甲苯解吸可高达100 %,而活性炭吹扫5小时后仅解吸吸收甲苯的40 %。

  静电纺丝的优点在于纳米颗粒可以容易地加入到用于静电纺丝的溶液中,以形成具有所需功能性质的复合纤维。Ge等人(2016)将黄土粉末(LP)掺入电纺聚氨酯纤维中,黄土用来净化水中的重金属和有机化合物。他们的研究发现,负载在纳米纤维中的30 wt% LP纳米颗粒显示出最高的VOC吸收能力,比纯聚氨酯纤维提高了300 %。LP负载低于和高于30 wt%导致VOC吸收降低。在较高的负载量下,吸收的降低是由于纳米颗粒的团聚,降低其有效表面积。复合膜对VOC的吸收趋势为甲苯>苯>氯仿。

  Kim等人使用市售粉煤灰(燃煤发电站的副产品)掺入到聚氨酯(PU)电纺纤维中。试验表明,粉煤灰掺量为30 %时,吸附量最高。复合纤维对二甲苯和苯乙烯的吸收约为45 μg/g,对氯仿的吸收约为22 μg/g,对甲苯和苯的吸收约为30-40 μg/g。Ge等人(2018)使用静电纺丝聚丙烯腈和粉煤灰(FA)代替聚氨酯去除VOC (二甲苯、甲苯、氯仿和苯)。他们发现含有60 wt % FA粉末的PAN纳米纤维膜具有最高的VOCs吸附。当FA浓度为80 wt%时,在纤维上可以看到FA的团聚,这可能导致VOCs吸附性能下降。用含60 wt% FA粉末的PAN纳米纤维膜吸附2 h后,总VOCs含量降低了37 %。通过将带有铝箔背衬的电纺膜放在注入VOCs的密封室中进行测试。

  碳通常用于吸附有毒或有害气体,以纳米纤维的形式存在时为具有高表面积的自支撑结构。为了进一步提高碳纳米纤维对H2S的吸附能力,Bajaj等人(2017)将Cu/CuxO纳米颗粒掺入其中。采用电纺聚丙烯腈/铜前驱体纳米纤维碳化、温和活化的方法制备了复合纳米纤维。在190℃下碳化纳米纤维的活化去除了表面的一些碳,暴露出Cu/CuxO纳米颗粒,它均匀地分布在纤维的表面上。比较活化复合纳米纤维和活性炭纳米纤维在300℃下对H2S的动态穿透时间,显示复合纳米纤维比纯碳纳米纤维增强15倍。

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