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静电纺PAN纤维膜的制备及其过滤性能研究
静电纺PAN纤维膜的制备及其过滤性能研究
摘要：静电纺是一种常用的纳米纤维制备技术，具有简单、易操作、成本低等优点。本文以聚丙烯腈（Polyacrylonitrile,PAN）为原料，采用静电纺技术制备了一种PAN纤维膜，并对其过滤性能进行了研究。实验结果显示，制备的PAN纤维膜具有较高的孔隙率和特定表面积，表现出良好的过滤性能，能够有效去除悬浮颗粒和有机物。这些研究结果对于静电纺PAN纤维膜在水处理和空气净化等领域的应用具有重要参考价值。
关键词：静电纺；PAN纤维膜；孔隙率；过滤性能；纳米纤维
1.引言
水处理和空气净化等环境问题日益突出，对高效的过滤材料的需求也越来越迫切。纳米纤维膜因其较高的比表面积和良好的孔隙结构而被广泛研究和应用。静电纺技术是目前常用的纳米纤维制备技术之一，其通过高电压作用下的静电力将聚合物溶液中的纳米颗粒或纤维拉伸成纳米尺度的连续纤维。静电纺PAN纤维膜由于其较高的强度、良好的低渗透性和化学稳定性，在过滤领域具有广泛的应用前景。
2.实验方法
2.1材料
本实验采用聚丙烯腈（PAN）作为静电纺纺丝溶液的主要原料。PAN溶液的浓度和溶剂的选择对纤维的形态和性能有重要影响。
2.2制备静电纺纤维膜
首先将PAN溶解在适量的溶剂中，通过配制不同浓度的PAN溶液来研究其对静电纺纤维膜形态和性能的影响。然后将溶液装入注射器，通过高压电源施加高电压，使溶液在静电力的作用下形成连续纳米纤维。最后将静电纺得到的纳米纤维膜固定在玻璃基板上，并经过烘干和热处理得到最终产品。
3.结果与分析
3.1纤维膜形态表征
利用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备的PAN纤维膜进行形态表征。结果显示，当PAN溶液浓度为x%时，纺丝电压为ykV/cm，所得到的纤维膜呈现出光滑、均匀的纳米纤维结构，并且在较低的溶液浓度下制备的纤维膜具有更小的纤维直径。
3.2孔隙率和特定表面积测定
采用压汞法和比表面积仪对PAN纤维膜的孔隙率和特定表面积进行测定。结果显示，制备的PAN纤维膜具有较高的孔隙率和特定表面积，分别为x%和ym²/g，表明纤维膜具有良好的孔隙结构和较大的比表面积，适用于高效的过滤。
3.3过滤性能测试
采用模拟实际水处理和空气净化环境下的液固和气固分离实验，测试PAN纤维膜的过滤性能。结果显示，在不同的颗粒浓度和颗粒大小下，纤维膜表现出良好的分离效果，能够有效去除悬浮颗粒和有机物。
4.结论
本研究通过静电纺技术成功制备了PAN纤维膜，并对其过滤性能进行了研究。实验结果表明，制备的PAN纤维膜具有较高的孔隙率和特定表面积，表现出良好的过滤性能。这些研究结果对于静电纺PAN纤维膜在水处理和空气净化等领域的应用具有重要参考价值。未来的研究可以进一步优化制备工艺，探索其他纳米纤维材料的制备及其过滤性能研究。
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