基本信息
- 項目名稱：
- 聚苯乙烯多級孔吸附膜
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 傳統(tǒng)的吸附劑活性炭，具有優(yōu)良的吸附性能，但也存在一些缺陷。如對大分子或疏水性染料脫色效果較差；再生困難；使用中不易與吸附體系分離。采用膜材料作為吸附材料，操作簡單，易與附體系分離，但比表面積小。我們通過電紡絲技術(shù)結(jié)合相分離制備聚苯乙烯多級孔吸附膜，其優(yōu)勢在于：可以廣泛應(yīng)用于各種水溶液的吸附除雜；制備過程中在膜材料內(nèi)部構(gòu)筑了多級孔結(jié)構(gòu)，大大增大了膜比表面積；制備過程具有易分離，易操作，高效率等特點。
- 詳細介紹：
- 傳統(tǒng)的吸附劑活性炭，具有優(yōu)良的吸附性能，但是在使用過程中也存在著一些缺陷。其一，活性炭存在著微孔多、大中孔不足、親水性強的特點，限制了大分子及疏水性染料的內(nèi)擴散，通常只適用于分子量不超過400的水溶性染料分子脫色，對大分子或疏水性染料的脫色效果較差；其二，活性炭吸附水溶性染料時，吸附率高，但不能吸附懸浮固體及不溶性染料；其三，活性炭再生困難，且使用中與吸附體系的分離比較困難，會在一定程度上增加工業(yè)使用成本等。 采用膜類材料作為吸附材料，操作簡單，易于同吸附體系分離。但是膜材料的比表面積遠小于活性炭的比表面積，吸附效率低。為了提高其吸附效率，則需要增大膜的使用面積，從而增加了造價和加工制作難度。 鑒于上述原因，我們擬通過一種新技術(shù)——電紡絲技術(shù)，結(jié)合相分離制備聚苯乙烯多級孔吸附膜。一般的吸附膜的吸附作用主要依靠纖維本體之間的孔道，我們的作品相對于傳統(tǒng)的吸附膜具有明顯的優(yōu)點，纖維內(nèi)部存在有孔結(jié)構(gòu)，其與纖維本體之間的孔道構(gòu)成了一種多級孔的結(jié)構(gòu)，從而大大增加了膜的表面積，同時制備過程比較簡單易控。 該作品具有以下的優(yōu)勢：1、選擇非水溶性聚合物聚苯乙烯作為膜材料，可以廣泛應(yīng)用于各種水溶液的吸附除雜；2、制備過程中在膜材料內(nèi)部構(gòu)筑了多級孔結(jié)構(gòu)，大大增大了膜的比表面積；3、制備過程具有易分離，易操作，高效率等特點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 傳統(tǒng)的吸附劑活性炭，具有優(yōu)良的吸附性能，但是也存在著一些缺陷。比如活性炭對大分子或疏水性染料的脫色效果較差；不能吸附懸浮固體及不溶性染料；活性炭再生困難，且使用中與吸附體系的分離比較困難，在一定程度上增加工業(yè)使用成本等。采用膜類材料作為吸附材料，操作簡單，易于同吸附體系分離。但是膜材料的比表面積遠小于活性炭的比表面積，吸附效率低。 鑒于上述原因，我們擬通過電紡絲技術(shù)結(jié)合相分離制備聚苯乙烯多級孔吸附膜。 靜電紡絲技術(shù)是制備連續(xù)的、具有宏觀長度的微納米纖維/膜的一種方法。這一技術(shù)的核心，是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場中流動與細化。然后經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻而固化，得到纖維狀物質(zhì)。整個過程通過控制紡絲液體的性質(zhì)（黏度、表面張力和電導(dǎo)率等）及操作條件（電壓、流體輸率、毛細孔與收集板間的距離等）來制備微納米纖維。從紡絲管中流出的紡絲液射流，在靜電力作用下加速運動并劈裂而形成細流簇。經(jīng)溶劑揮發(fā)或冷卻后將凝結(jié)或固化為超細纖維，并以無紡布膜的形式沉積在收集板上。 我們將靜電紡絲獲得的纖維與相分離技術(shù)相結(jié)合制備出具有多級孔結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯吸附膜。多級孔材料所具有的多級孔結(jié)構(gòu)主要包括纖維間與纖維本體兩個層次的多孔結(jié)構(gòu)。纖維本體的孔結(jié)構(gòu)同時具有增大纖維外比表面積和擇形的作用，而纖維間的孔結(jié)構(gòu)則利于傳質(zhì)，且多級孔間具有協(xié)同效應(yīng)，因此可用于吸附、過濾、超濾等領(lǐng)域。同傳統(tǒng)的活性炭、膜等吸附材料相比，該作品具有制備操作簡單，吸附效率高，易于從溶液中分離等特點，有望在水處理、凈化等方面發(fā)揮重要的作用。
科學性、先進性
- 傳統(tǒng)的吸附劑活性炭是有極豐富孔隙構(gòu)造和大的內(nèi)比表面積的材料。活性炭分為粒狀和粉末,粉狀活性炭比表面積較粒狀活性炭大得多, 但在應(yīng)用中也存在弊端：粉末活性炭過細,容易造成粉塵污染；粉末活性炭比表面積過大、密度小、分子間吸附力大,易形成活性炭“團聚”現(xiàn)象,在液體表面形成覆蓋層，溫度高時，易爆沸；活性炭在和液體接觸過程中,常常會大量漂浮在液體表面,從而影響了脫色的速度。 采用膜類材料作為吸附材料，操作簡單，易于同吸附體系分離，可以解決粉末活性炭在使用中存在的部分問題。但膜材料的比表面積遠小于活性炭的比表面積，導(dǎo)致其吸附效率較低。為了提高其吸附效率，需要增大膜的比表面積，從而增加工藝造價。 鑒于上述原因，我們擬通過一種新技術(shù)——電紡絲技術(shù)，結(jié)合相分離制備聚苯乙烯多級孔吸附膜。一般的吸附膜的吸附作用主要依靠纖維本體之間的孔道，我們的作品相對于傳統(tǒng)的吸附膜具有明顯的優(yōu)點，纖維內(nèi)部存在有孔結(jié)構(gòu)，其與纖維本體之間的孔道構(gòu)成了一種多級孔的結(jié)構(gòu)，從而大大增加了膜的表面積，同時制備過程比較簡單易控。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 作品現(xiàn)處于實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 作品可以實物、產(chǎn)品的形式進行展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品可直接代替普通的吸附膜，其技術(shù)創(chuàng)新，且該作品具有以下的優(yōu)勢：1、選擇非水溶性聚合物聚苯乙烯作為膜材料，可以廣泛應(yīng)用于各種水溶液的吸附除雜；2、制備過程中在膜材料內(nèi)部構(gòu)筑了多級孔結(jié)構(gòu)，大大增大了膜的比表面積；3、制備過程具有易分離，易操作，高效率等特點。 纖維本體的孔結(jié)構(gòu)同時具有增大纖維外比表面積和擇形的作用，而纖維間的孔結(jié)構(gòu)則利于傳質(zhì)，且多級孔間具有協(xié)同效應(yīng)，因此可用于吸附、過濾、超濾等領(lǐng)域。同傳統(tǒng)的活性炭、膜等吸附材料相比，該作品具有制備操作簡單，吸附效率高，易于從溶液中分離等特點，有望在水處理、凈化等方面發(fā)揮重要的作用。 市場應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟效益可觀
同類課題研究水平概述
- 多級孔材料作為吸附材料一直是研究的熱點，但是該類材料的研制多數(shù)集中在分子篩等粉狀材料中。如楊建華，于素霞等在無第二模板劑的條件下, 采用簡單的水熱晶化法, 通過控制條件合成出具有多級結(jié)構(gòu)的ZSM-5(ZSM-5-HW)分子篩, 具有較高的催化活性和穩(wěn)定性；陳然，鞏雁軍等以非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚為模板,設(shè)計氟化銨作為礦化劑,在近中性條件下直接合成了具有微孔鄄介孔復(fù)合孔道的銨型茁沸石，該沸石具有發(fā)達的呈梯級分布的多級孔結(jié)構(gòu), 孔容高達0.67 cm3?g-1；王文，劉文勇等以乙基氰乙基纖維素液晶溶液為模板，摻入可光聚合含硅有機前體甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷（MPTMOS），并光聚合MPTMOS 制備纖維素有機/無機膽甾液晶復(fù)合膜，然后通過碳化，燒結(jié)處理得到塊體微米納米多級纖維網(wǎng)絡(luò)介孔SiO2材料；馬金艷 曲鳳玉等篩選出兩種孔徑較大且孔結(jié)構(gòu)規(guī)則的植物為大孔模板,以嵌段共聚物為介孔相模板成功合成了兩種具有連續(xù)的骨架和貫通的大孔孔道(大孔孔徑大于40μm,其孔壁為介孔相)的高度有序多級復(fù)合孔材料.合成的產(chǎn)物是孔道相互貫通的多級有序復(fù)合孔硅材料,具有較好的水熱穩(wěn)定性.采用此合成方法可精確地復(fù)制大孔植物模板；趙東元，孫錦玉等應(yīng)用水熱合成的微孔分子篩納米晶為多級結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑單元，在大孔模板劑的引導(dǎo)下低溫成型，經(jīng)高溫脫模，制備得高有序高的大孔－微孔多級有序孔材料。本發(fā)明制得的致密多孔膜和多級孔材料在吸附、分離、傳感器等方面有較為廣泛應(yīng)用。 這些方法制備的多級孔材料多為硅基的粉狀材料，作為分離材料使用的話具有難以與體系分離的缺點。電紡絲法制備的分離膜可以實現(xiàn)與體系快速分離的目的。王女，張京楠等人報道了采用共軸電紡的方法，通過調(diào)控內(nèi)流體溶液的濃度和流速，制備了具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的TiO2微納米纖維。制備具有多級結(jié)構(gòu)的中空纖維，在制造超輕薄、超保暖織物、超快吸濕、快干纖維、高效過濾網(wǎng)膜和催化劑等方面具有廣泛的應(yīng)用前景．但是TiO2微納米纖維膜的機械強度較差，使用中容易出現(xiàn)斷裂等問題。因此運用聚合物材料——聚苯乙烯作為原料，制備多級孔吸附膜，具有一定的創(chuàng)新性，可以解決傳統(tǒng)硅基介孔材料及無機納米纖維膜的缺點，具有一定的市場應(yīng)用。
