DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119463
纳米纤维膜(NFM)的功能化是制备高精度、高效空气过滤器的主要策略。氧化石墨烯(GO)由于其化学官能团、较高的力学性能和导电性、较好的相容性等优点,在高分子材料改性中得到了广泛的应用。在这项工作中,通过使用GO/PVDF共混-静电纺丝和GO@PVDF表面涂层方法,将二维氧化石墨烯(GO)纳米片引入PVDF NFMs中,制备了高效的空气过滤器。不同的GO负载导致NFMs具有不同的表面特性、静电、纳米纤维直径和空气过滤性能。系统分析并比较了优化的GO/PVDF和GO@PVDF NFMs的基本特性、过滤性能和GO负载策略的影响。一般而言,在静电纺丝前将GO混合到PVDF溶液中可以显着提高可纺性和静电性。同时,层状结构的GO为β-PVDF提供了成核基础,使膜具有良好的颗粒捕获能力。所制备的GO/PVDF NFMs比原始PVDF NFMs(93.74%)和GO@PVDF NFMs(95.41%)显示出更高的PM2.5去除效率(99.31%)和更高的可重复使用性。研究表明,在静电纺丝溶液中混合GO是制备高效空气净化膜的一种实用改性技术。
图1.(a)GO/PVDF和(b)GO@PVDF NFMs的制备过程示意图。
图2.实验过滤装置示意图。
图3.(a)PVDF、(b)GO@PVDF和(c)GO/PVDF纳米纤维的SEM图像以及(d)PVDF、(e)GO@PVDF和(f)GO/PVDF纳米纤维的直径分布。
图4.(a)由纳米纤维交织的大孔的孔径分布和(b)膜的N2渗透性。
图5.GO、PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的拉曼光谱。
图6.GO、PVDF粉末、PVDF NFMs、GO@PVDF NFMs和GO/PVDF NFMs的XRD谱(a)和FT-IR光谱(b)。(c)引入GO前后的水接触角。
图7.(a)PVDF、(b)PEI@PVDF、(c)GO/PVDF和(d)GO@PVDF NFMs的XPS C1s光谱。
图8.PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的表面电位。
图9.PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的应力-应变曲线。
图10.GO、PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的TGA曲线。
图11.(a)过滤10分钟后不同膜的性能比较,(b)PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs经五次回收试验的PM2.5去除效率和压降,以及(c)过滤60分钟后和清洁后原始PVDF、GO@PVDF、GO/PVDF NFMs的形态。
图12.原始PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs在过滤60分钟后和清洁后的FT-IR光谱。
图13.过滤后(a)PVDF、(b)GO@PVDF和(c)GO/PVDF NFMs的XPS C1s光谱。