纤维编织管增强型中空纤维膜研究

采用二维编织技术将聚丙烯腈(PAN)长丝编织成中空纤维编织管作为增强体,分别以聚丙烯腈(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,调制铸膜液,采用同心圆挤出-涂覆法制备了PAN纤维编织管同质增强型PAN中空纤维膜和异质增强型PVDF中空纤维膜.研究表明,所得PAN纤维编织管增强型中空纤维膜断裂强度最大可超过75 MPa,在伸长率10%范围内,表面分离层与增强体之间界面结合良好;表面分离层具有类似于非对称膜的结构,铸膜液可浸入纤维编织管纤维空隙中,铸膜液浸入部分固化后未影响膜的通透性能;随成膜聚合物浓度增加,膜纯水通量减小,牛血清白蛋白(BSA)截留率增大;随添加剂PVP浓度增加,膜的纯水通量先增大后减小,在8 wt%左右达最大值,BSA截留率随PVP浓度增加而单调增加;同质增强型中空纤维膜界面结合程度优于异质增强型.     

同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜研究

利用二维编织技术将聚丙烯腈(PAN)纤维编织成中空编织管,以聚丙烯腈为成膜聚合物,以聚乙二醇为成孔剂,配制铸膜液,采用同心圆纺丝法制备同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜.研究结果表明,所得同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜的表面分离层具有类似于非对称膜的结构,铸膜液可渗入编织管纤维束中;随着编织管编织节距的增大,同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜表面分离层厚度减小,同时膜的平均孔径增大,膜的纯水通量随之增大;铸膜液渗入编织管纤维束的现象未影响膜的通透性能;编织管的断裂强度最大可达100 MPa以上.通过水浴振荡、超声波水浴振荡及等力拉伸3种方法测试了同质编织管增强型中空纤维膜和异质编织管增强型中空纤维膜中编织管与表面分离层之间的界面结合性能,结果表明前者的界面结合性能优于后者.     

内凝固浴组成对聚醚酰亚胺中空纤维膜结构和性能的影响

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,水为外凝固浴,乙醇为内凝固浴,DMAc为内凝固浴添加剂,采用相转化法制备了聚醚酰亚胺(PEI)中空纤维膜,研究了内凝固浴组成和纺丝液浓度对膜结构和性能的影响。实验结果表明,随着内凝固浴中DMAc含量在一定范围内增加,纤维断面指状孔有所减少,内表面由无孔到有微孔出现,但膜的水通量下降,截留率不受影响;随着纺丝液浓度提高,膜的水通量下降,截留率提高。     

TEP-DMAc混合溶剂对PVDF膜性能的影响

利用非溶剂相转化法(NIPS)制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜,考察了聚乙二醇(PEG200)与N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)的质量比对膜分相速率和膜性能的影响,讨论了以磷酸三乙酯(TEP)和DMAc的混合液作溶剂对PVDF膜凝胶速率、膜结构和膜通量的影响。结果表明:PEG200的加入减弱了溶剂对聚合物的溶解能力,但铸膜液的分相行为由延迟分相转变为瞬时分相,膜通量提高。随着混合溶剂中TEP含量的增大,铸膜液的黏度增大,分相速率减慢;在高质量比m(TEP)/m(DMAc)时,膜表面的孔增多,指状孔膜结构逐渐消失,整个膜截面呈海绵状,膜通量变大,力学性能提高。     

PPESK纺丝液相分离行为与气体分离膜结构性能的关系

以含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮(PPESK)为制膜材料纺制了中空纤维气体分离膜,通过浊点滴定和线性浊点关联式(LCP关系式)计算,对PPESK三元纺丝液体系的相分离行为进行了研究,得到了PPESK三元纺丝液体系相图的相平衡曲线;并由PPESK/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/γ-丁内酯(GBL)和PPESK/DMAc/丙酸(PA)体系相分离数据计算了PPESK的θ溶剂中GBL和PA与DMAc的比例.结果表明,在PPESK/DMAc/PA和PPESK/DMAc/H2O体系中,浊点滴定实验得到的相平衡曲线与依据LCP关系式计算得到的相平衡曲线吻合;体系热力学性质稳定的纺丝液体系易于制备出结构致密、选择性高的中空纤维气体分离膜;非溶剂添加剂(NSA)/DMAc混合溶剂的θ组成对膜性能有至关重要的影响,NSA/DMAc高于θ组成时,膜性能发生突变,NSA/DMAc低于θ组成时,制得的膜性能良好;力学性能测试表明PPESK中空纤维膜具有良好的机械强度.     

无纺布增强型PVDF/石墨烯复合吸油膜研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物,石墨烯(GE)、疏水二氧化硅为添加剂、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为成孔剂、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,调制铸膜液,分别采用涂覆法和溶液相转化法(NIPS)在聚对苯二甲酸乙二酯-聚酰胺(PET-PA)无纺布表面构筑分离层,制备了PET-PA无纺布增强型PVDF/GE复合吸油膜(NR-PGM),分析并讨论了其形貌、疏水亲油性以及力学性能等.结果表明,NR-PGM具有疏水超亲油特性,其纯水渗透压可达0.14 MPa,对煤油、柴油的通量可达118.22、218.25 L/m2h;将其制成中空管状物,在负压作用下可实现连续油水分离,分离效率可达97%左右,经10次循环使用后分离效率仍可保持在95%左右.     

聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维膜研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为成膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,氯化钙(Ca Cl2)、氯化锂(Li Cl)和聚乙二醇(PEG)为添加剂,调制铸膜液,采用干—湿法纺丝技术制备了PMIA中空纤维膜.研究表明,PEG的加入可显著提高PMIA中空纤维膜的纯水通量,而随PEG添加量增加,膜的纯水通量呈现先增加后减小趋势;膜对牛血清蛋白(BSA)有较好的截留性能,截留率可达92%;膜具有良好的亲水性能,膜对纯水接触角可低至44°;膜的断裂强度达5.8 MPa,具有较好的力学性能,以及良好的耐热水和耐碱性能,可用于高温和碱性水处理等领域.     

聚全氟乙丙烯中空纤维膜的制备及性能

以聚全氟乙丙烯(FEP)为成膜聚合物,MT-Ⅱ型复合粉为致孔剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为稀释剂,采用熔融纺丝拉伸法制备了FEP中空纤维膜,研究了其耐酸碱等性能.结果表明,FEP中空纤维膜的表面具有由拉伸孔、界面孔及溶出孔组成的多重孔结构,而其横截面为均匀分布的海绵状孔结构.FEP中空纤维膜经质量分数为25%的硫酸水溶液和25%的氢氧化钠水溶液分别处理60 d后,膜的化学结构未发生变化,而且平均孔径增大,孔径分布变窄,断裂强度保持率分别在86.8%及80.8%以上,耐酸碱性明显优于商业化聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,显示出优异的化学稳定性及良好的热稳定性.     

制膜液黏度对单皮层PVDF中空纤维膜纺制的影响

以二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,制备聚偏氟乙烯(PVDF)浓度为15%的制膜液,考察了DMAc同时作为内凝胶浴时膜结构的变化.为保持纺膜过程中的稳定性,分别考察了添加剂LiCl、水以及表面活性剂对制膜液黏度的影响.实验发现添加LiCl可以大大提高制膜液的黏度,而水作为添加剂时对黏度的影响与制膜液本身的浓度有关.在不提高制膜液浓度的基础上,通过提高制膜液黏度克服了膜在纺制过程中的不稳定问题,得到阻力较小的,指状孔贯穿的单外皮层中空纤维膜.     

聚酰亚胺多孔碳膜的制备及其表征和应用

以乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅微球.首先由二甲基乙酰胺(DMAc)、4,4—二氨基二苯醚及均苯四甲酸二酐(PMDA)得到聚酰胺酸;再以二氧化硅微球作为模板剂,经亚胺化聚酰胺酸得到聚酰亚胺复合膜;复合膜经浸渍脱模板、高温炭化后得到多孔碳膜.采用扫描电镜观察了多孔碳膜的微结构;同时考察了碳膜的机械稳定性及其对催化剂的担载性能.结果表明,所制备的碳膜具有良好的结构多孔性和机械稳定性;其比表面积为377 m2.g-1,总的孔体积约为0.097 cm3.g-1.与此同时,多孔碳膜对金属Pt催化剂和葡萄糖氧化酶具有良好的吸附作用和担载性能.     

聚全氟乙丙烯中空纤维膜研究

以聚全氟乙丙烯(FEP)为成膜聚合物,复合无机粒子为成孔剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为稀释剂,采用熔融纺丝工艺制备得到FEP中空纤维膜.分析和讨论了不同成膜体系对FEP中空纤维膜热性能、动态力学性能和力学性能的影响,并对膜的纯水通量和孔径分布进行表征.用扫描电子显微镜(SEM)观察了膜的横断面和表面形貌.结果表明,所得FEP中空纤维膜为由溶出微孔和界面微孔组成的海绵状孔结构.随着成孔剂含量的增加,成孔剂在成膜体系中分散程度变差,容易发生团聚,最终导致膜孔径变大,孔径分布变宽.成孔剂和稀释剂对FEP中空纤维膜的热性能和动态力学性能影响较小.当FEP含量增加到70 wt％时,膜表面容易形成一层致密层,降低了膜的通透性.     

熔纺聚氨酯系中空纤维膜的结构与性能

将聚氨酯/聚偏氟乙烯/聚乙二醇(PU/PVDF/PEG)熔融共混纺丝制得中空纤维膜,对纤维膜的微孔结构与性能进行研究,分析影响其水通量衰减的因素。结果表明:所得纤维膜具有界面及非界面微孔结构;随着水通量工作环境的变化,膜孔结构发生相应变化,表现出压力及温度响应性能;而经热处理后,所得膜部分微孔闭合,水通量下降;随测试时间延长,膜结构趋于致密化,水通量衰减。     

添加共试剂改善聚酰胺复合反渗透膜的性能

将N,N′-二甲基乙酰胺(DMAc)作为共试剂添加在间苯二胺水溶液中参与界面聚合反应, 以改善聚酰胺复合反渗透膜(PA-RO-x, x代表添加DMAc的质量分数)的性能. X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)分析表明, 随着DMAc含量的增加, 复合膜结构中交联聚酰胺含量相对于线性羧基部分有所增加; 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示, 随着DMAc含量的增加, 膜表面的粗糙程度逐渐增大; 静态水接触角测试结果表明, 添加DMAc后, 膜的亲水性增强. 结合上述测试结果发现, 添加DMAc可以有效降低水油两相的不相溶性, 提高水相中间苯二胺向正己烷中扩散的速率, 这有助于加快间苯二胺与均苯三甲酰氯反应; 同时, 聚酰胺结构中交联酰胺含量的增加可以提供更多的氢键位点, 有助于水分子快速渗透通过复合膜而不损失截盐率; 膜表面的粗糙程度变大, 有助于提高水通量. 在2 g/L的氯化钠溶液和1.6 MPa测试压力条件下, PA-RO-5.2(DMAc添加质量分数为5.2%)的渗透通量和截盐率分别为66.1 L/(m²·h)和98.7%, 与未添加DMAc的聚酰胺复合反渗透膜相比, 通量增加115%, 截盐率仅下降0.9%.     

高性能锂离子电池隔膜的结构设计及其制备与表征

设计并采用高压静电纺丝法制备了单层结构的聚偏氟乙烯(PVDF)/偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)纳米纤维膜及三层结构、二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合纳米纤维膜.复合膜的表面形貌、热物理性质和电化学性能通过扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)、高温尺寸收缩率、交流阻抗法进行了表征.单层结构的PVDF/PVDF-HFP纳米纤维膜的纤维表面光滑,平均纤维直径2μm,纤维分布较均匀,而PVDF与Al2O3复合后的纤维表面粗糙,平均纤维直径变小,结晶度降低,吸液率增大.二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜在170℃下受热1 h收缩率为3%.将3种结构的复合膜在1 mol/L Li PF6/(EC+DMC+DEC,1∶1∶1,W/W/W)电解质溶液中活化得到聚合物电解质.25℃时,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜吸液率高达497 wt%,离子电导率可达5.04×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到4.62 V(Li/Li+).组装成Li Fe PO4/Li电池测试其电池性能,结果表明,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合膜朝向锂负极时,电池的循环性能更好,且与锂金属负极具有更好的相容性和界面稳定性.     

熔融纺丝-拉伸法制备PVDF中空纤维膜及其油-水分离性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物, 聚全氟乙丙烯(FEP)为添加剂, 聚乙二醇(PEG)和氯化钙(CaCl₂)为复合成孔剂, 采用熔融纺丝-拉伸法制备了PVDF中空纤维膜. 在制膜过程中未使用其它溶剂和稀释剂, 实现了制膜过程的相对绿色化. 分析和讨论了拉伸比对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响, 测试了纤维膜的孔径分布、 力学性能和油-水分离性能等. 结果表明, 进行拉伸后处理的膜的孔径分布较窄, 在油包水乳液分离测试中, 分离效率均在97%以上, 表现出良好的油-水分离效果.     

磺化聚醚酰亚胺/聚醚酰亚胺共混膜的结构与性能

将亲水性的磺化聚醚酰亚胺(SPEI)和疏水性的聚醚酰亚胺(PEI)共混,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,制备了SPEI(Na型)／SPEI中空纤维超滤膜．研究了纺丝过程中内凝固浴组成比例和空气间隙距离变化对膜结构以及膜分离性能的影响。实验结果表明,随着内凝固浴中DMAc含量的提高,纤维内指状孔减少,水通量下降,而截留率则不受影响;随着空气间隙距离的增大,从膜内壁侧出发的指状孔结构前端逐渐向外壁发展,而膜的外壁侧则逐渐变得致密,同时,膜的外表面可能出现较大的微孔结构,导致膜的水通量随着空气间隙距离的增加而迅速增加后随之下降,而截留率则一直保持下降趋势。     

PVDF亲水复合膜的制备及表征

聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料存在强疏水性的缺陷,亲水化改性是解决该问题的主要途径。以PVDF为基膜材料、聚乙烯醇(PVA)为共混材料、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用相转化法制备PVDF/PVA复合膜。考察了复合膜的PVDF/PVA共混比、固含量、低分子化合物添加剂、聚合物添加剂等非溶剂添加剂对复合膜接触角的影响。结果表明,当PVDF/PVA共混比为7/3,固含量为13%时,制备的复合膜接触角为22.92°;当添加剂为无水氯化锂、纳米二氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)时,复合膜接触角分别从53.12°、30.51°和41.89°都降低到了0°,亲水性提高,其中纳米二氧化硅作为添加剂时复合膜亲水性最好;当添加剂为丙三醇、PMMA、PEG时,复合膜接触角都增大,亲水性变差。     

PAA/PU合金制备多孔PI薄膜及结构与性能研究

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂, 在聚氨酯(PU)溶液中使均苯四酸二酐(PMDA)与4,4′-二氨基二苯醚(4,4′-ODA)缩聚成聚酰亚胺(PI)预聚体聚酰胺酸(PAA), 从而制成PAA/PU的混合溶液, 然后刮涂成膜, 经过热处理使得PAA亚胺化和PU降解, 制备多孔PI薄膜. 通过对薄膜进行红外光谱,热失重分析及透射电镜(TEM)观察, 结果表明, 最佳的PU热降解温度为360 ℃, PU降解后在PI基体中留下长条状纳米孔, 且孔径大小随聚氨酯含量的增加而增大. 通过对薄膜进行力学性能、 介电性能和吸水率研究, 结果表明, 随着体系中PU用量的增加, 热处理后的多孔PI薄膜的介电常数逐渐下降, 但拉伸强度降低, 吸水率上升.     

三醋酸纤维素纳米纤维膜的制备及其油水分离应用

石油开采和油船运输泄露的油污污染日益突出,使得质轻、亲水疏油的油水分离材料得到广泛关注。本文在无任何添加剂条件下,以三醋酸纤维素(TCA)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液通过热致相分离(TIPS)制备TCA纳米纤维膜。研究了淬火时间、温度和聚合物浓度等条件对TCA纳米纤维膜形貌的影响。TCA纳米纤维膜的形貌、孔隙率和比表面积通过SEM、乙醇法和N2吸脱附表征。实验结果表明,最佳实验条件为:淬火时间180 min、淬火温度-20℃、聚合物质量分数5%,得到直径为(110±28)nm均匀纤维膜。与块状TCA流延膜相比,TCA纳米纤维膜的高孔隙率和大比表面积以及表面特殊的微/纳结构,使其水接触角由86.2°增加到137.5°。由于高疏水性和亲油性以及强烈的毛细作用,TCA纳米纤维膜的吸油容量达到21.5 g/g,分别是流延膜的20~42倍,且可快速吸收油水混合物中的油层。TCA纳米纤维膜是一种可生物降解的溢油污染清洁材料。     

原生纤维素静电纺丝的调控

通过电纺非溶剂调控的纤维素溶液, 制备出纤维素电纺纤维. 在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)-氯化锂(LiCl)溶解纤维素体系中, 以DMAc和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为非溶剂, 添加到高浓度的纤维素溶液中制备电纺溶液. 考察添加非溶剂对纤维素溶液性质和电纺纤维形貌的影响. 结果表明, 添加非溶剂有助于提升纤维素溶液的可纺浓度, 获得分散性较好的电纺纤维, 其中DMF效果最好. 添加非溶剂降低了纤维素溶液的黏度, 使纤维素溶液可纺浓度提高; 添加非溶剂改变了电纺溶液的稳定性, 获得了分散良好的纳米纤维, 从而有助于纤维素射流在电纺过程中快速固化成型.