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PEI/PVA纳米纤维膜及含纳米金复合纳米纤维的制备、表征及其应用

作　者: 方旭
导　师: 史向阳
学　校: 东华大学
专　业: 生物化工
关键词: 纳米金颗粒 静电纺丝 环境修复 染料吸附 催化
分类号: TQ340.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


纳米纤维材料作为新兴的纳米材料是纳米科学领域最前沿的研究领域,而高分子纳米纤维又是其中一个重要的研究方向之一,尤其是制备无机/有机高分子杂化材料因其具有的具备主体高分子和客体引入物双重性质更是得到了科学工作者广泛的关注,将在未来有着广泛的应用前景。因此,基于纳米纤维膜及含金属纳米颗粒复合纳米纤维膜材料的基本性能测试和研究成为目前开发复合纳米纤维材料最为迫切解决的问题之一。本文作者利用静电纺丝技术制备得到了含有丰富氨基的直径为490±83 nm的聚乙烯亚胺(polyethyleneimine, PEI)/聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)纳米纤维,并以甲基蓝为模式污染物探讨了其在环境修复领域的应用。基于PEI/PVA纳米纤维膜为反应器制备了含直径为11.8±3.3 nm纳米金颗粒的复合纳米纤维膜,并对其热力学、机械性能及催化性能进行了测试和分析。主要工作包括以下4个部分：第一,水稳定性良好PEI/PVA纳米纤维膜的制备通过对影响静电纺丝工艺条件的因素如流速、电压、接收距离和浓度进行优化,通过扫描电镜观察得到了具有良好纤维形貌的纳米纤维。然后探讨了戊二醛溶液、热交联和戊二醛蒸汽交联等三种交联方法,筛选出可以制备良好纤维形貌的的戊二醛蒸汽交联方法。并用扫描电镜和傅里叶红外光谱表征其纤维物理化学性质的变化,并对交联前后纤维膜的机械性能做了测试。第二,水稳定性良好的PEI/PVA纳米纤维膜在环境修复中的应用以甲基蓝为模式污染物,研究PEI/PVA纳米纤维膜对甲基蓝的脱色效果。研究了PEI/PVA纳米纤维膜对甲基蓝的脱色效果,及PEI/PVA纳米纤维膜脱色的驱动力。并通过建立吸附等温线模型和吸附动力学方程纤维膜吸附甲基蓝的机理进行了初步的探讨。第三,含纳米金复合纳米纤维膜的制备以水稳定性良好的PEI/PVA纳米纤维膜为反应器。首先将纤维膜浸入氯金酸溶液中,使氯金酸根离子和PEI上的氨基通过静电相互作用结合到纤维膜上。然后通过原位还原的方法,制备得到含有纳米金颗粒直径为11.8±3.3 nm的复合纳米纤维膜。采用扫描电镜,透射电镜,X-射线能量分散谱,傅里叶红外光谱分析和热重分析等手段进行含纳米金复合纳米纤维的形貌、组分的表征。第四,含纳米金复合纤维膜催化性能测试将含金纳米纤维膜和含金流延膜在相同条件下进行催化性能的测试,研究表明：单位时间内含金纳米纤维的催化性能要远远高于含金流延膜。并且这种含金纳米复合纤维也展示出了良好可重复利用性和可回收性,3次催化实验仍然可以达到和第一次几乎完全一致的催化效果。另外,我们也对纤维膜的热力学性能进行了研究,在不同温度处理下,含金纤维膜形貌没有发生变化,纳米金也没有发生聚集。而且催化性能也和未做处理前保持一致,具有良好的热稳定性。

全文目录


摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
第一章 绪论  12-25
  1.1 引言  12
  1.2 静电纺丝简介  12-17
    1.2.1 静电纺丝的发展历史  12-14
    1.2.2 静电纺丝原理  14-15
    1.2.3 静电纺丝中影响纤维形貌的因素  15-17
  1.3 含金属纳米颗粒静电纺复合纳米纤维材料的制备  17-20
    1.3.1 直接分散纺丝法(Direct-Dispersed Electrospinning)  17-18
    1.3.2 气-固反应法(Gas-Solid Reaction)  18
    1.3.3 原位还原法(In-Situ Reduction)  18-19
    1.3.4 同轴静电纺法(Coaxial Electrospinning)  19-20
  1.4 金属/静电纺复合纳米纤维材料的应用范围  20-23
    1.4.1 催化、电催化  20-21
    1.4.2 环境保护  21
    1.4.3 生化传感器  21-22
    1.4.4 生物医学  22
    1.4.5 创伤敷料  22-23
  1.5 本课题的立题目的和意义  23-24
  1.6 前景展望  24-25
第二章 静电纺PEI/PVA纳米纤维膜的制备及其在环境修复领域的应用  25-43
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-28
    2.2.1 实验材料  26-27
    2.2.2 纺丝溶液的配置  27
    2.2.3 PEI/PVA纳米纤维的疏水化处理  27-28
  2.3 测试与表征  28-29
    2.3.1 材料表征  28-29
    2.3.2 甲基蓝的脱色处理  29
  2.4 结果与讨论  29-41
    2.4.1 PEI/PVA纳米纤维的制备及工艺优化  29-32
    2.4.2 水稳定性良好的PEI/PVA纳米纤维膜的制备  32-36
    2.4.3 PEI/PVA纳米纤维膜对甲基蓝的脱色处理  36-41
  2.5 本章小结  41-43
第三章 含纳米金复合纳米纤维的制备及其催化性能研究  43-58
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验部分  44-45
    3.2.1 实验材料  44
    3.2.2 纺丝溶液的配置  44
    3.2.3 含纳米金复合纳米纤维的制备  44-45
  3.3 测试与表征  45-46
    3.3.1 材料表征  45
    3.3.2 含纳米金复合纳米纤维膜催化性能测试  45-46
  3.4 结果与讨论  46-56
    3.4.1 含纳米金的纳米纤维膜的制备  46-50
    3.4.2 含纳米金纤维膜对4-硝基酚的催化实验  50-56
  3.5 本章小结  56-58
第四章 结论与展望  58-61
  4.1 研究结论  58-59
  4.2 课题展望  59-61
参考文献  61-67
攻读硕士学位期间发表的论文和专利  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 一般性问题 > 生产工艺
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