氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯纳米纤维膜可有效去除颗粒物

　　南京理工大学钟兆祥J. Membr. Sci.：氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯纳米纤维膜可有效去除颗粒物
　　DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119463
　　纳米纤维膜（NFM）的功能化是制备高精度、高效空气过滤器的主要策略。氧化石墨烯（GO）由于其化学官能团、较高的力学性能和导电性、较好的相容性等优点，在高分子材料改性中得到了广泛的应用。在这项工作中，通过使用GO/PVDF共混-静电纺丝和GO@PVDF表面涂层方法，将二维氧化石墨烯（GO）纳米片引入PVDF NFMs中，制备了高效的空气过滤器。不同的GO负载导致NFMs具有不同的表面特性、静电、纳米纤维直径和空气过滤性能。系统分析并比较了优化的GO/PVDF和GO@PVDF NFMs的基本特性、过滤性能和GO负载策略的影响。一般而言，在静电纺丝前将GO混合到PVDF溶液中可以显着提高可纺性和静电性。同时，层状结构的GO为β-PVDF提供了成核基础，使膜具有良好的颗粒捕获能力。所制备的GO/PVDF NFMs比原始PVDF NFMs（93.74％）和GO@PVDF NFMs（95.41％）显示出更高的PM2.5去除效率（99.31％）和更高的可重复使用性。研究表明，在静电纺丝溶液中混合GO是制备高效空气净化膜的一种实用改性技术。
　　图1.（a）GO/PVDF和（b）GO@PVDF NFMs的制备过程示意图。
　　图2.实验过滤装置示意图。
　　图3.（a）PVDF、（b）GO@PVDF和（c）GO/PVDF纳米纤维的SEM图像以及（d）PVDF、（e）GO@PVDF和（f）GO/PVDF纳米纤维的直径分布。
　　图4.（a）由纳米纤维交织的大孔的孔径分布和（b）膜的N2渗透性。
　　图5.GO、PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的拉曼光谱。
　　图6.GO、PVDF粉末、PVDF NFMs、GO@PVDF NFMs和GO/PVDF NFMs的XRD谱（a）和FT-IR光谱（b）。（c）引入GO前后的水接触角。
　　图7.（a）PVDF、（b）PEI@PVDF、（c）GO/PVDF和（d）GO@PVDF NFMs的XPS C1s光谱。
　　图8.PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的表面电位。
　　图9.PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的应力-应变曲线。
　　图10.GO、PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs的TGA曲线。
　　图11.（a）过滤10分钟后不同膜的性能比较，（b）PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs经五次回收试验的PM2.5去除效率和压降，以及（c）过滤60分钟后和清洁后原始PVDF、GO@PVDF、GO/PVDF NFMs的形态。
　　图12.原始PVDF、GO@PVDF和GO/PVDF NFMs在过滤60分钟后和清洁后的FT-IR光谱。
　　图13.过滤后（a）PVDF、（b）GO@PVDF和（c）GO/PVDF NFMs的XPS C1s光谱。
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