PVDF/PA6/Ag纳米纤维膜材料的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

空气中可吸入颗粒物（PM）的污染已经极大的影响了人们的生活，比如影响能见度，直接和间接的能量辐射，气候和生态系统[1-7]等。按粒径分，PM可分为PM2.5和PM10，是指粒径分别低于2.5μm和10μm的颗粒。特别是PM2.5颗粒对人体的危害性极大，因为它可以凭借它的小颗粒尺寸穿透人类支气管和肺。因此，对于长期处于高浓度PM2.5环境下的人发病率和死亡率会大幅增加[8-12]。同时，在空气中，PM2.5颗粒的组成十分复杂，包括无机物（如SiO2，SO42-和NO3-）和有机物（如有机碳和元素碳），并且它们的来源不同，包括土尘，车辆排放，煤燃烧，二次气溶胶，工业排放和生物质燃烧[13-16]。目前，如中国一样依然存在着大量粗放型经济的发展中国家，面临着越来越严重的PM污染问题。因此，一方面需要从源头上彻底治理PM污染，另一方面需要在个人防护上下足功夫。 然而，PM2.5的粒径为亚微米级，传统的空气过滤器很难满足其高效低阻的过滤需求。因此，急需一种对亚微米级粒子具有优异吸附作用的过滤器。显然我们能够联想到纳米功能材料，众所周知，纳米级材料可以通过人为设计表现出新颖显著的物理、化学性能，纳米级聚合物作为纳米材料的重要组成部分，以高比表面积和其他优异性能而备受关注。同时，随着静电纺丝技术的发展和成熟，利用静电纺丝技术可以通过控制溶剂含量、施加电压、液体流动速度、表面张力等来制备从亚微米到纳米直径的纤维[17-18]。因此，若通过静电纺丝技术来制备聚合物纳米纤维膜，并将其用于空气过滤应该能成为一种性能优异的过滤器，这将具有巨大的应用前景[19-21]。 大多数聚合物都能通过静电纺丝技术来制备纳米纤维膜[22]。如Y Cui [23]等以PAN、PVP、PS、PP、PVA为原料进行静电纺丝得到纳米纤维膜，在模拟环境中的PM浓度条件下对其进行过滤实验。结果表明，所有的纳米纤维膜都能表现出一定的过滤性能，其中以PAN为最佳（在一定的厚度下，PM2.5的去除效率大于98%）。 但用单纯的聚合物为原料进行静电纺丝得到的纳米纤维膜，无法克服机械强度不高、空气阻力较大等缺点[24]。因此，必须对现有的聚合物纳米纤维膜材料进行改性，或将纳米纤维材料与其他聚合物、无机材料、甚至金属进行复合。如，以无纺纤维毡为底材料进行聚合物的静电纺丝[25]、多种聚合物的混纺及共纺[26]等。在这方面，国内外众多专家学者都做过一定的研究，证明利用静电纺丝技术制备的聚合物纳米纤维膜能够很好地满足空气过滤的要求。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容本课题制备复合过滤纳米纤维膜来提高材料的过滤性能、抗菌性能以及机械性能。本工作首先以PA6为原料进行静电纺丝，以探究制备纳米纤维膜的最佳工艺参数。其次，将PVDF和PA6进行共纺，以探究PVDF在纳米纤维膜含量对膜力学性能的影响。将纳米级银颗粒复合入上述的复合纤维膜中制备复合纳米纤维膜，增加纤维膜的抗菌性能。最后，对所制样品进行抗菌性能、力学性能、过滤性能等性能测试。2.2目的以性能优异的PA6制备具有一定过滤性能的纳米纤维膜，并共纺入PVDF，再引入纳米银，最终制备得到一种抗菌性能优异、机械性能好、抗污染能力强、使用寿命长的过滤膜。2.3技术方案2.3.1复合纳米纤维的制备（1）对于静电纺丝工艺参数的探究，主要有PA6的浓度、施加电压、接收距离三个变量。以88%的甲酸为溶剂，PA6的浓度梯度可设为8 wt%、10 wt%、12 wt%、15 wt%。施加电压可为10 KV、15 KV、20 KV。接收距离可为10 cm、15 cm、20 cm。得到PA6静电纺丝最佳的工艺参数。（2）以DMF﹕丙酮=6﹕4的混合物为溶剂，配置15wt%的PVDF溶液。采用双孔喷丝头同时对这两者的溶液进行静电纺丝，使PVDF纳米纤维随机的复合入PA6纳米纤维中。设置参数PA6溶液与PVDF溶液体积比为8﹕2、6﹕4、5﹕5、4﹕6、2﹕8。得到机械性能优良的空气过滤膜。（3）银溶胶配置：以硼氢化钠为还原剂，柠檬酸钠为稳定剂，高速搅拌，将硝酸银溶液逐滴加入到还原体系中，在搅拌下可得到红棕色的银溶胶。将上述制得的复合膜浸在银溶胶中一段时间，得到所要制备的含银复合纳米纤维过滤膜。2.3.2复合纳米纤维的性能研究形貌分析：对于不同条件参数静电纺丝而得到的纳米纤维进行SEM测试，通过分析SEM图，讨论纺丝液浓度及工艺参数对纳米纤维形貌的影响，探讨出最佳的工艺参数；结构分析：通过傅立叶红外光谱分析仪（FTIR）、热分析(TG、DSC)等测试手段分析复合纤维的结构；抗菌性能测试：通过复合纳米纤维对大肠杆菌生长曲线的影响测试薄膜的抗菌性能；过滤性能：通过对不同粒径粒子的过滤性及空气阻力的测试，分析材料的过滤性能。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的实验操作要求，熟练实验设备及装置的使用及安全规范。

订购实验药品，确定方案，完成开题报告。

第4－6周：制备pa6纳米纤维膜，以此探究静电纺pa6纳米纤维膜的最佳工艺参数。

4. 参考文献（12篇以上）

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