静电纺丝在水处理中的应用

精细化工学年论文题目：静电纺丝在水处理中的应用学院：化学与材料工程学院

专业名称：化学工程与工艺（精细化工）学号：

学生姓名：

精细化工学年论文任务书

2012～2013学年第1学期

专业班级：化学工程与工艺(精细化工)2009(1)班学生姓名：

指导教师：工作部门：化工教研室

一、论文题目：静电纺丝在水处理中的应用

二、精细化工学年论文内容

1．产品物理化学性质、性能、用途概述。

2．产品国内外生产厂家及市场现状。

3．产品生产工艺：工艺流程图及说明；产品生产技术关键问题。

4．产品检测手段及质量控制。

5．产品存在的问题或不足，给出科学合理建议。

三、进度安排

1．12月10日：分配任务；

2．12月11日-12月18日：查询资料、完成论文；

3．12月19日-12月21日：论文答辩。

四、基本要求

1．具体题目可选给定范围的一种，一人一题。

2．符合格式要求，字数5000-10000。

3．论文电子档以附件形式发送至邮箱，并在主题注明：学号、姓名、论文题目。

教研室主任签名：

2012年11 月5 日

摘要

根据静电纺丝采用的聚合物原料的类型、静电纺丝制备的纳米纤维的特殊结构的种类、制备有序排列的纳米纤维的方法以及制备三维结构纳米纤维的进展4 方面对静电纺丝技术进行了叙述，归纳了静电纺丝技术在水处理中微粒物质的、重金属污染物的去除和污染物检测方面的应用。认为目前限制静电纺丝技术发展有2 个主要问题，即没有明确的理论指导，一些原理尚未搞清；制备的纳米纤维产量低下，难以工程化、规模化。

关键词：静电纺丝；纳米纤维；特殊结构；水处理

目录

引言 (1)

1 静电纺丝技术 (2)

1.2 特殊结构的纳米纤维 (3)

1.3 有序排列的纳米纤维 (3)

1.4 三维结构的纳米纤维 (4)

2 在水处理中的应用 (5)

2.1 微粒物质的处理 (5)

2.2 重金属污染物的处理 (6)

2.3 污染物检测 (7)

3 结论 (8)

参考文献 (9)

引言

静电纺丝是现有唯一的可以连续制备的、直径低至几纳米纤维的技术[1]。该技术应用广泛，可以采用天然聚合物、共混聚合物和带有发色团、纳米微粒或者活性基团的聚合物制备具有各类应用前景的纳米纤维，并且通过改变静电纺丝的参数可以制备具有特殊结构的纤维，如多孔纤维、核壳纤维、中空纤维、有序排列和三维结构的纤维等。

静电纺丝技术由Formhals 在1934 年提出，并申请了专利[2]。静电纺丝的原理是：在注射器中的聚合物溶液或者熔体由于受到外加电场的作用，克服自身的表面张力，从喷丝针头喷出形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或者熔体凝固最终在接收装置上形成纤维。

影响静电纺丝的因素有很多：一是聚合物溶液或者熔体的特性的影响，包括聚合物的种类，聚合物的分子构造和聚合物的相对分子质量，聚合物的极性、表面张力和溶剂的蒸发速率以及聚合物的粘稠度（含量）、弹性和电导率；二是试验的操作条件的影响，包括试验中的电场强度，试验装置各部件的选择，喷丝针头与接收装置之间的距离，喷丝针头的长度与直径以及聚合物溶液或熔体的输送速度度；三是外在环境的影响，包括试验温度和湿度。

本文根据静电纺丝采用的聚合物原料的类型、静电纺丝制备的纳米纤维的特殊结构的种类、制备有序排列的纳米纤维的方法以及制备三维纳米纤维的进展4 方面对静电纺丝进行介绍，并归纳了静电纺丝技术在水处理中的应用。

1 静电纺丝技术

1.1 聚合物溶液或者熔体的类型

原则上，只要将溶液或者熔体参数和操作参数正确、适当地调整，所有可溶或者可熔的聚合物都可以通过静电纺丝制成纤维，所以经验对于静电纺丝试验的成功与否相当重要。本文将静电纺丝采用的聚合物分为4 类进行讨论：生物聚合物和改性生物聚合物、水溶性聚合物、生物可降解聚合物、有机可溶聚合物以及熔融聚合物。

目前已经有许多生物聚合物、改性生物聚合物以及与有机聚合物混合的生物聚合物静电纺丝为纳米纤维。其中静电纺丝最为广泛的生物聚合物是未来在组织工程中很有应用前景的胶原蛋白，最佳条件下，其静电纺丝纤维的直径可以达到200～500nm[3]。其它蛋白质或者酶如酪蛋白、脂肪酶和纤维素酶在与人工合成的聚合物混合后也可以静电纺丝为纤维[4]。由生物聚合物静电纺丝成的纳米纤维由于其生物适应性，因而可以被广泛的应用在伤口包扎、抗菌等领域。作为天然伤口愈合物质的纤维蛋白原可以静电纺丝成直径为0.08～ 1.2 μm 的纤维[5]；同样，可以用于伤口包扎的壳聚糖也可以静电纺丝成纯物质或者混合物[6]。值得注意的是，从壳聚糖和聚乙烯醇（PV A）的混合物中可以静电纺丝出具有抗菌作用的纤维[7]。

水溶性聚合物如聚氧化乙烯（PEO）、PV A、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和羟丙基纤维素（HPC）都是静电纺丝的良好的原料。通过改变pH、温度或者添加表面活性剂和其它溶剂（如乙醇）可以改变上述材料的水溶性。水溶性聚合物的静电纺丝纤维与水接触后降解迅速，这可能为生物医学方面的应用提供条件。目前应用最为广泛的原料主要是PEO 和P V A[8]。

生物可降解聚合物如脂肪族聚酯、聚酸酐和聚磷腈等，因为其生物可降解性而在生产、生活中有着广泛的应用前景，主要集中在药剂和生物工程的应用上。脂肪族聚酯（PLA）作为典型的生物可降解聚合物已经成功通过静电纺丝制备出来[9]。而其它可生物降解聚合物关于静电纺丝的内容在文献中所述不多。

用熔融的聚合物作为静电纺丝的原料时避免了溶剂的使用，这样无需考虑纤维形成时的溶剂回收和溶剂引起的火灾，也无需回收残余的溶剂。这种方法比较环保，生产效率也比较高，但是缺陷是静电纺丝制备的纤维的直径都在400 nm 以上，