PAN/纤维素纳米晶复合膜的制备与性能研究

传统静电纺纤维的直径多分布在亚微米级别，纤维膜孔径较大，要想实现对小粒径纳米颗粒的高效过滤，必须进一步降低纤维膜材料的孔径。以PAN静电纺纤维膜为基材，通过在其表面涂覆黄麻纤维素纳米晶，制备得到PAN/纤维素纳米晶复合膜［24］。图4-3为PAN/纤维素纳米晶复合膜的制备流程示意图，首先将PAN纤维膜平整地放置在玻璃板上，继而将预先制备的黄麻纤维素纳米晶悬浮液滴在PAN静电纺纤维膜的一端，用玻璃棒在其表面刮涂形成一层均匀的纤维素纳米晶，重复上述步骤后得到双层叠加的PAN/纤维素纳米晶复合膜。

图4-3　PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜的制备流程示意图

图4-4　（a）PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜的SEM图；（b）为（a）的高倍SEM图；（c）PAN纳米纤维膜的N2吸附—脱附等温线，插图为孔体积与孔径的关系图；（d）PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜的N2吸附—脱附等温线，插图为孔体积与孔径的关系图

图4-4（a）为PAN/纤维素纳米晶复合膜的SEM图，由图中可以看出PAN静电纺纤维膜表面均匀覆盖着黄麻纤维素纳米晶，图4-4（b）为复合膜的高倍SEM图，可以清晰地看到PAN纳米纤维作为复合膜的支架，而黄麻纤维素纳米晶紧密堆积在其表面形成了孔径极小的过滤层。图4-4（c）和（d）分别为PAN静电纺纤维膜与PAN/纤维素纳米晶复合膜的氮气吸附—脱附曲线，可以看出两者的BJH孔隙直径均在5～70nm，以介孔和大孔为主。

为评价复合膜的过滤性能，采用质量分数为0.2%、颗粒直径为7～40nm的SiO2纳米颗粒/水悬浮液进行测试，图4-5（a）为自制液体过滤装置的示意图，悬浮液于上端滴定管处加入，在自身重力作用下向下方复合膜处渗透。图4-5（b）为过滤前悬浮液与经复合膜过滤后滤液的UV-vis光谱，可以看出过滤前悬浮液呈浑浊状而所得滤液澄清透明，且滤液的UV-vis光谱与纯水在400nm后几乎重合，说明滤液中已无SiO2纳米颗粒存在。图4-5（c）和（d）分别为过滤后PAN/纤维素纳米晶复合膜正面与背面的SEM图，可以看出复合膜表面拦截有较厚的纳米颗粒层，而背面则没有纳米颗粒存在，表明该复合膜对SiO2纳米颗粒具有较高的表面拦截效率。(www.xing528.com)

图4-5　（a）液体过滤装置示意图；（b）含有纳米颗粒的水溶液经PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜过滤前后的UV-vis图谱，插图为原液与滤液的光学照片；（c）过滤后PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜的正面SEM图；（d）过滤后PAN/黄麻纤维素纳米晶复合膜的背面SEM图