图5-18 (a)FPMIA/SNPs纤维膜的制备流程示意图;(b)FPMIA-1/SNPs-2纤维膜的SEM图;(c)纤维膜的拉伸应力—应变曲线图:PMIA/CNTs,FPMIA-1,FPMIA-1/SNPs-2和经过300℃处理10min的FPMIA-1/SNPs-2纤维膜;(d)FPMIA-1/SNPs-2纤维膜的润湿性能展示;(e)FPMIA-1/SNPs-2纤维膜和荷叶在80℃水下的表面润湿性对比
图5-18(c)为PMIA/CNTs原膜,FPMIA-1纤维膜,FPMIA-1/SNPs-2纤维膜和经过300℃处理10min后FPMIA-1/SNPs-2纤维膜的拉伸应力—应变曲线,可以看出所有纤维膜的拉伸曲线均由两部分组成,第一部分为非线性弹性区域,其主要是由于纤维在拉伸力作用下发生取向所导致的,随着拉伸作用力的进一步增大,纤维膜进入第二部分线性弹性区域直至断裂,可见PMIA/CNTs原膜强度高达46.7MPa,断裂伸长率达46%,力学性能较好。而经F-PBZ改性后相应纤维膜的拉伸断裂强度稍有降低,其拉伸曲线中非线性区明显高于原膜,且线性区的断裂伸长率减小,这是因为经F-PBZ修饰后,纤维间产生粘连结构,使其在拉伸过程中难以发生取向,且纤维不易产生滑移,从而导致纤维膜断裂伸长率降低。而由于SiO2纳米颗粒含量增加,FPMIA-1/SNPs-2纤维间的粘连程度减小,其受力拉伸取向与相对滑移的概率增大,从而非线性区断裂伸长率增大。为了测试所得纤维膜力学性能的热稳定性,通过将FPMIA-1/SNPs-2纤维膜放置在300℃烘箱中处理10min后,测试其断裂强度为21MPa,但仍然优于大部分静电纺纤维膜,表明其具有良好的热力学稳定性。FPMIA-1/SNPs-2纤维膜的表面润湿性如图5-18(d)所示,其油接触角为0,水接触角高达161°,展现出超疏水—超亲油特性,在80℃热水环境下,纤维膜仍然能够保持较高的超疏水性,如图5-18(e)所示,表明其具备较好的热稳定性,而相同条件下荷叶的疏水性急剧下降,表明该纤维膜具有良好的耐热水性。
图5-19展示了所得纤维膜的油水分离性能,油水混合液经纤维膜分离后,水相被截留在膜材料上部,而油相则快速渗流,实现了对油水混合物的高效分离,分离通量高达3311L/(m2·h)。该材料因具有较好的力学性能与热稳定性,在极端环境下具有巨大的应用潜力。
图5-19 FPMIA-1/SNPs-2纤维膜的油水分离图:(a)分离前;(b)分离时;(c)分离后(www.xing528.com)
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