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PET/CA根须状蓬松纳米纤维复合膜的制备及其烹饪油烟过滤性能

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精细化工 2022年第9期39卷 1788-1793页

作者：吴婷周伟涛李勇韩璐周飞越杜姗中原工学院纺织服装产业研究院河南郑州451191 纺织行业纳米纤维纱线重点实验室河南郑州451191 郑州市绿色染整技术重点实验河南郑州451191 河南省纺织服装协同创新中心河南郑州450007

为有效净化烹饪油烟,采用共溶剂静电纺丝技术,通过调控聚酯(PET)和醋酸纤维素(CA)共混质量比,制备了根须状蓬松纳米纤维复合膜。借助SEM、接触角测试仪、热重分析仪及自动滤料测试系统对所制备纤维膜的微观形貌、表面润湿性、热稳定性... 详细信息

为有效净化烹饪油烟,采用共溶剂静电纺丝技术,通过调控聚酯(PET)和醋酸纤维素(CA)共混质量比,制备了根须状蓬松纳米纤维复合膜。借助SEM、接触角测试仪、热重分析仪及自动滤料测试系统对所制备纤维膜的微观形貌、表面润湿性、热稳定性及油烟过滤性能进行了测定。结果表明,m(PET)∶m(CA)=8∶2制备的纳米纤维复合膜成型良好,具有明显的根须状结构,根须直径约100 nm、根冠直径约300 nm;且堆积蓬松,孔隙率、堆积密度分别达93.85%±0.23%、(0.023±0.001) g/m^(3);与水接触角为154.0°±0.5°,与油接触到油完全吸收仅需2s,具有特殊表面润湿性;纳米纤维复合膜分解温度>300℃;烹饪油烟初始过滤效率达92%,初始过滤阻力仅为36 Pa,且经20次循环测试后,其过滤效率仍≥91%,过滤阻力规律性缓慢上升。

关键词：根须状蓬松结构静电纺丝纳米纤维复合膜油烟过滤功能材料

纳米纤维复合膜的制备及其在空气过滤方面的应用

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纳米纤维复合膜的制备及其在空气过滤方面的应用

作者：李丽北京服装学院

学位级别：硕士

静电纺纳米纤维膜以其高孔隙率、细纤维直径以及高比表面积等优势在空气中细小颗粒的拦截方面具有巨大的应用潜力。本文通过静电纺丝的方法制备了几种不同的高效空气过滤复合膜。首先是高效低阻力的空气过滤复合膜研究。1.首先制备了纤... 详细信息

静电纺纳米纤维膜以其高孔隙率、细纤维直径以及高比表面积等优势在空气中细小颗粒的拦截方面具有巨大的应用潜力。本文通过静电纺丝的方法制备了几种不同的高效空气过滤复合膜。首先是高效低阻力的空气过滤复合膜研究。1.首先制备了纤维直径递减组合的三层复合空气过滤膜,其中,PP无纺布作为支撑层,静电纺PET亚微米纤维层作为中间过滤层,静电纺PA6纳米纤维作为涂覆过滤层。.这种三层膜结构材料有利于增强复合膜过滤能力。实验对不同厚度的纤维膜进行了表征与过滤测试。结果表明,同时复合膜的过滤能力随着表层PA6纤维密集度的增加而增大,过滤效率可达99.97%。2.本实验还制备了聚醚砜的微球/纤维复合膜以降低复合膜过滤阻力。探索了微球与纤维的最佳纺丝配比,在此基础上研究了纤维膜厚度、微球的数量多少以及复合方式对膜过滤性能的影响。结果表明,聚醚砜纤维膜过滤效率较高,可达99.99%以上。复合入适量微球的复合膜与不加微球的纤维相比,过滤压降可降低50%,同时保持过滤效率微小变化。另外,在抗菌高效空气过滤膜的制备及其性能研究方面。1.利用还原反应法制备负载银的静电纺纳米纤维膜,研究了不同量的保护剂PVP、抗菌剂Ag以及反应温度等对膜的形貌、过滤能力以及抗菌能力的影响。采用SEM、UV-vis、TEM、DSC、抗菌测试和过滤测试等方法评估膜的形貌及性能。结果表明,聚合物PVP、硝酸银以及合适的反应温度共同作用使得纤维具有卷曲结构。这种卷曲结构组成的纤维膜有利于降低过滤阻力,同时保持较高过滤效率,可达99.97%。同时在最佳聚合物配比下,对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的杀灭率可达100%。2.利用壳聚糖吸附银离子原理制备CTS/PET负载银的纳米纤维抗菌膜。实验研究了 CTS/PET纺丝配比对形貌影响,戊二醛交联浴配比对银离子吸附能力影响以及水合联氨还原反应条件等。通过SEM、UV-vis、TEM、DSC、抗菌测试以和过滤测试等方法评估膜的形貌及性能。研究结果表明,CTS/PET负载银纤维膜表明纳米银均匀分布,同时具有较强的抗菌能力和过滤能力。

关键词：空气过滤静电纺丝纳米纤维复合膜抗菌防护

纳米纤维复合膜的制备及其对空气中颗粒物的过滤性能研究

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纳米纤维复合膜的制备及其对空气中颗粒物的过滤性能研究

作者：顾广东北京服装学院

学位级别：硕士

近年来,随着科学技术的不断进步,工业增长速度过快导致环境污染加重使得空气质量问题日益突出。目前全国多个地区出现了雾霾天气,城市中大量的汽车尾气排放和化石燃料的不完全燃烧加重了对空气的污染程度,因此,如何对空气中有害物质进... 详细信息

近年来,随着科学技术的不断进步,工业增长速度过快导致环境污染加重使得空气质量问题日益突出。目前全国多个地区出现了雾霾天气,城市中大量的汽车尾气排放和化石燃料的不完全燃烧加重了对空气的污染程度,因此,如何对空气中有害物质进行检测与过滤成为人们关注和研究的焦点。由于静电纺丝纳米纤维直径较小,可以形成孔径小且内部连通性高的网状纤维结构,有利于降低纤维膜的过滤阻力,显著提高纤维膜的过滤效果。因此,静电纺纳米纤维毡在过滤材料领域具有广阔的应用前景。本论文采用溶液静电纺丝技术,分别以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺6(PA6)为原料,通过控制在非织造布过滤材料表面电纺纳米纤维的时间,制备了六种不同厚度的纳米纤维复合过滤材料;此外,还分别以PET和PA6为原料配制纺丝溶液,将制得的两种纺丝溶液经过不同的喷丝头进行静电纺丝制备了六种不同厚度的PA6/PET混合纤维膜,通过扫描电子显微镜(SEM)、力学性能测试、透气性能测试对电纺纤维膜的微观形貌、力学性能及透气性能进行了分析研究,并创新性地把纤维膜与空调扇结合,组成简易的空气净化器,通过对其净化性能进行测试,从而对纤维膜的过滤效果进行评价。研究表明:1.电纺PET纤维的直径主要集中在600-1000nm,其平均直径为921nm,而电纺PA6纤维的直径主要分布在100-140nm之间,其平均直径约为128nm。2.对PET复合纤维膜、PA6复合纤维膜、PA6/PET混纺复合纤维膜来说,随着纺丝时间的增加,纤维膜的厚度、力学性能不断增加,透气性不断降低,而纤维膜对颗粒物的过滤性能呈先增加后降低的趋势。说明在一定范围内增加电纺时间,提高纤维含量可以提高纤维膜的过滤效果,但如果电纺时间过长,纤维膜的过滤效果就会有所减弱。3.通过对相同条件下的PET复合纤维膜、PA6复合纤维膜、PA6/PET混纺复合纤维膜的过滤性能对比,发现不同纺丝时间下的PET纤维膜的过滤效果都较差,而PA6纤维膜在纺丝时间小于30min下的过滤效果最好。利用PA6/PET纤维混纺所制得的纤维膜在较低纺丝时间时的过滤效果仅次于PA6纤维膜,而在电纺时间大于30min时,相同纺丝时间下混纺纤维膜的过滤效果都好于其它两种纤维膜。说明利用纤维直径不同的PET与PA6纤维进行混纺可以有效提高纤维膜对颗粒物的过滤效果。

关键词：静电纺丝纳米纤维复合膜空气过滤聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酰胺6

导电粒子掺杂纳米纤维复合膜的电磁特性及吸波预测

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工程塑料应用 2024年第9期52卷 133-142页

作者：葛贝贝李亮高苏微王慧萍朱书月刘让同中原工学院郑州451191 先进纺织装备技术省部共建协同创新中心郑州451191

选用氧化锌、石墨烯和铜粉等导电粒子作为电磁介质,采用“静电纺丝+喷雾法”制备导电粒子掺杂聚乳酸纳米纤维复合膜,对复合膜的结构和电磁特性进行表征,并研究导电粒子种类及其含量、膜材厚度对复合膜电磁参数的影响,进而预测膜的吸波... 详细信息

选用氧化锌、石墨烯和铜粉等导电粒子作为电磁介质,采用“静电纺丝+喷雾法”制备导电粒子掺杂聚乳酸纳米纤维复合膜,对复合膜的结构和电磁特性进行表征,并研究导电粒子种类及其含量、膜材厚度对复合膜电磁参数的影响,进而预测膜的吸波性能。结果表明,导电粒子掺杂复合膜的电磁参数特征与导电粒子含量有关,导电粒子质量分数增加,膜材的介电常数实部和虚部明显表现出增大的趋势,石墨烯掺杂复合膜具有较大的介电参数,介电损耗远大于磁损耗,石墨烯质量分数为25%的复合膜在膜材厚度为10.0 mm时的反射损耗为-27.51 dB。掺杂膜材厚度增加,同质量分数下反射损耗的峰值逐渐从高频向低频移动,复合膜倾向于选择吸收波长更长、频率更低的电磁波;导电粒子含量增加,最小反射损耗值逐渐减小,较多的导电粒子能够形成较完整的导电网络,极化能力和介电损耗增强,电磁损耗增加。反射损耗值和吸收带宽与导电粒子含量和膜材厚度有关,可通过调节导电粒子含量和膜材的厚度来调控膜材料的电磁吸收性能。

关键词：导电粒子电磁特性吸波性能纳米纤维复合膜静电纺丝石墨烯

水处理用纳米纤维复合膜及其组件的结构设计及应用研究

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水处理用纳米纤维复合膜及其组件的结构设计及应用研究

作者：马鹏飞武汉纺织大学

学位级别：硕士

愈趋严重的水污染已经成为制约社会经济发展的主要因素,膜处理技术已经成为进行水处理最有效的方法,然而,目前依然存在膜及其组件过滤通量低、污染物去除效果低、膜表面易污染等问题,因此,开发高性能的纳米纤维膜材料和分离技术意义重... 详细信息

愈趋严重的水污染已经成为制约社会经济发展的主要因素,膜处理技术已经成为进行水处理最有效的方法,然而,目前依然存在膜及其组件过滤通量低、污染物去除效果低、膜表面易污染等问题,因此,开发高性能的纳米纤维膜材料和分离技术意义重大。本文通过熔融挤出相分离法制备热塑性的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）纳米纤维,以高压气流成型技术制备EVOH/PET纳米纤维复合膜,采用系列改性及组装技术获得了卷式膜组件,通过SEM、接触角和膜通量测试等手段对EVOH纳米纤维基复合膜及其组件的微观形态、亲水性及过滤效率等性能进行了表征。研究了纳米纤维及其膜材料的物理化学结构对膜及其组件过滤性能的影响。结果表明,随着EVOH纳米纤维涂层克重的增加,纳米纤维复合膜的微观孔径变小、亲水性及过滤效率均有所改善。当涂层克重为8 g/m2时,EVOH/PET纳米纤维复合膜的接触角可减小至51.6°且过滤效率增加至99.3%。研究过程中发现EVOH纳米纤维涂层与基材的层间界面结合力过小,纳米纤维复合膜易因涂层脱落而失效,难以实现广泛的应用。针对以上问题,采用聚酯类水溶胶（PEA）为胶粘剂对EVOH/PEA/PET纳米纤维复合膜进行改性。研究了EVOH纳米纤维涂层克重及PEA含量对复合膜过滤性能及剥离强度的影响。结果表明,经过胶粘剂改性的纳米纤维膜材料剥离强度提升,表现出优异的结构稳定性;当EVOH纳米纤维涂层克重为8 g/m2、EVOH与PEA的质量比为1:0.1时,过滤效率为99.99%,表现出最优的过滤性能,说明适量的胶粘剂不仅可以有效提高复合膜的结构稳定性,而且可以缩小复合膜的孔径尺寸,从而提升复合膜的过滤效率。将EVOH/PEA/PET纳米纤维复合膜进行卷式膜组件的组装,进而测试其水通量、过滤效率等性能。卷式膜组件的自来水通量可长期保持在100L/h·m2且其对色浆大红染料溶液的过滤效率可达到99.2%左右。经过反冲洗,能有效恢复膜组件的过滤性能,表明组件化的纳米纤维膜材料具有优良的重复使用性能。综上所述,通过合理选取纳米纤维和胶粘剂的涂覆量,可以有效改善基材的过滤性能,为开发具有优异水过滤性能的纳米纤维膜材料及其组件提供了理论和技术指导。

关键词：熔融共混挤出相分离膜分离纳米纤维复合膜膜组件

核壳结构纳米纤维负载钯复合膜的制备及其催化性能

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天津工业大学学报 2020年第5期39卷 30-35页

作者：孟建强高耀宗张宇峰天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室天津300387 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津城建大学环境与市政工程学院天津300384

为克服贵金属纳米粒子催化剂回收困难和重复利用性低的问题,将醋酸钯溶解在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液中作为芯层,聚丙烯腈(PAN)作为皮层,醋酸锌(Zn(CH3COO)2)为皮层致孔剂,采用同轴静电纺丝技术制备出核壳结构PVP/PAN复合纤维膜,经过在... 详细信息

为克服贵金属纳米粒子催化剂回收困难和重复利用性低的问题,将醋酸钯溶解在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液中作为芯层,聚丙烯腈(PAN)作为皮层,醋酸锌(Zn(CH3COO)2)为皮层致孔剂,采用同轴静电纺丝技术制备出核壳结构PVP/PAN复合纤维膜,经过在去离子水中浸泡、NaBH4原位还原等后处理制得具有多级孔核壳结构的Pd@PVP/PAN复合纤维催化膜;通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、激光共聚焦显微镜、热重分析(TG)等方法对Pd@PVP/PAN催化膜的形貌与性能进行表征;采用该膜对对氯苯酚(4-CP)进行加氢脱氯反应,考察其催化性能和可重复利用性。结果表明:静电纺丝电压、流速对核壳结构Pd@PVP/PAN纳米纤维的形貌有很大影响;内层溶液中PVP质量分数10%、醋酸钯质量分数2%,外层溶液中PAN质量分数12%、ZnAC质量分数3%时,电压13 kV,内、外层流速分别为0.8、1.0 mL/h条件下,Pd@PVP/PAN纳米纤维膜表面多孔,膜中纤维具有很好的核壳结构,且具有良好的热稳定性;室温、连续流反应3 h条件下膜对4-CP转化率为32%,重复降解5次循环后,膜对4-CP的催化降解仍能保持30%的转化率。

关键词：核壳结构纳米纤维复合膜负载钯静电纺丝多级孔膜对氯苯酚催化降解

聚丙烯腈纳米纤维增强聚氨酯基复合膜的力学性能研究

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聚丙烯腈纳米纤维增强聚氨酯基复合膜的力学性能研究

作者：王鑫浙江理工大学

学位级别：硕士

纳米纤维的制备有多种方法,静电纺丝由于其制备工艺较为简便得到了广泛的运用,然而利用静电纺丝所制备出的纳米纤维在力学性能方面表现却较差。聚丙烯腈(PAN)由于熔点和分子取向度较高的特点,被广泛地运用在碳纤维的制备,但是PAN纤维本... 详细信息

纳米纤维的制备有多种方法,静电纺丝由于其制备工艺较为简便得到了广泛的运用,然而利用静电纺丝所制备出的纳米纤维在力学性能方面表现却较差。聚丙烯腈(PAN)由于熔点和分子取向度较高的特点,被广泛地运用在碳纤维的制备,但是PAN纤维本身却有着蓬松不耐磨的缺点。热塑性聚氨酯(TPU)由于自身具有良好的柔韧性和耐疲劳性,可以改善PAN强度差不耐磨的特点,将TPU和PAN掺杂混纺同时也可以改善纳米纤维的表面形貌。本文将不同比例的热塑性聚氨酯(TPU)与聚丙烯腈(PAN)高聚物溶于N,N—二甲基甲酰胺(DMF),利用静电纺丝制备聚丙烯腈/热塑性聚氨酯(PAN/TPU)复合纳米纤维膜,通过热处理复合纳米纤维膜,将熔点低的TPU熔融包覆在PAN纳米纤维表面,制备聚丙烯腈纳米纤维增强聚氨酯基(PANNFs/TPU)复合膜,增加其力学性能。采用扫描电子显微镜(SEM)分析PAN/TPU复合纳米纤维膜热处理前后的形貌结构,采用多功能拉伸仪测试纤维膜热处理前后的力学性能;通过TG分析TPU分解点确定复合膜的热处理范围。分析发现,热处理条件在温度为200℃,时间为60min时制备的PANNFs/TPU性能最佳;PANNFs/TPU复合膜力学性能受混合溶液中占比多的一方影响,当混合溶液中PAN:TPU质量比为4:6时所制备出的PANNFs/TPU复合膜,断裂应力达到147.1Mpa,断裂应变达到169.8%,较其他质量比PANNFs/TPU复合膜,整体所表现的力学性能最佳;当混合溶液PAN:TPU质量比为4:6,混合溶液浓度增加到18wt%时,溶液粘度达到临界值,为6070MPa.s,此条件下的PANNFs/TPU复合膜和PAN/TPU复合纳米纤维膜相比,断裂应力增长了3倍左右,达到197.8Mpa,断裂应变增长了2.5倍左右,达到307.6%。PANNFs/TPU复合取向膜与PANNFs/TPU复合杂乱膜相比,平行纤维排列方向拉伸得到的断裂应力大,断裂应变小,垂直纤维排列方向拉伸得到的断裂应力和断裂应变均较小;当转速为1500r/min时平行纤维排列方向的断裂应力达到最大值306.8MPa,垂直纤维排列方向的断裂应变达到最大值163.1%。利用此方法制备的PANNFs/TPU复合膜可以潜在地运用于工程材料、航空航天、汽车工业等多个领域。

关键词：静电纺丝聚丙烯腈热塑性聚氨酯纳米纤维复合膜

纳米纤维复合膜结构调控与垂直向质子传导特性强化

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纳米纤维复合膜结构调控与垂直向质子传导特性强化

作者：李萍郑州大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为新型清洁能源技术的代表,可将燃料的化学能直接、高效地转化为电能。质子交换膜(PEM)是PEMFC的核心组件,质子需穿过PEM从阳极到达阴极以完成能量转化。静电纺丝技术... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为新型清洁能源技术的代表,可将燃料的化学能直接、高效地转化为电能。质子交换膜(PEM)是PEMFC的核心组件,质子需穿过PEM从阳极到达阴极以完成能量转化。静电纺丝技术制备的纤维具有高比表面积、高孔隙率、纳米级直径,被认为是一种良好的质子导体。同时,为满足低燃料渗透率,可在纤维间的微孔中填充高分子基质制备纳米纤维复合膜(Nanofibrous composite membrane,NFCM)。但由于纤维沿水平向取向,造成膜水平向传导率远高于垂直向传导率,质子传导存在严重的各向异性。而实际应用中垂直向质子传导率决定着燃料电池的性能。因此强化NFCM垂直向质子传递性能是实现高性能NFCM制备及其应用推广的关键。本论文围绕在膜垂直向构建高效质子传递通道和优化质子传递位点两个方面开展工作。首先通过制备多孔纤维,在纤维表面和内部造孔,并诱导质子传导基团沿孔壁富集,在膜垂直向形成低阻力传递通道;此外,将传导性的无机纳米填充物与聚合物混合纺丝,制备杂化纤维,增加纤维内部传递位点数量,连通垂直向传递死区,并考察多孔结构、孔壁基团排布、无机质子导体亲疏水性以及界面处酸碱对协同作用对垂直向质子传递性能和质子传递各向异性的影响。具体研究内容和主要结论概述如下:(1)多孔NFCM的制备及传递特性研究。首先采用离子液体(Ionic liquid,IL)软模板法制备多孔Nafion纤维,随后采用流延法在纤维间孔隙中填充碱性高分子基质壳聚糖(Chitosan,CS)后制备多孔NFCM。利用沿着孔壁形成的界面通道,沿着孔壁富集的-SOH以及Nafion纤维上的-SOH基团与CS上的–NH/–NH2在两相界面处形成的酸碱对,在膜垂直向形成高效质子传递通道,强化膜有水/无水条件下的垂直向质子传导率。结果表明:在90℃和100%RH以及120℃和0%RH条件下,相比于NFCM,多孔NFCM的垂直向质子传导率分别提高了3.2倍和2.7倍,同时,质子传递各向异性显著降低。(2)杂化NFCM的制备及传递特性研究。首先制备了两种尺寸为2-5 nm的量子点(QDs):亲水性的聚合物量子点(PQD)和疏水的氧化石墨烯量子点(GQD)。PQD上含有大量的–COH和–NH–/–NH基团,而GQD上大部分官能团被碳化。随后将其分别与磺化聚醚醚酮(Sulfonated polyether ether ketone,SPEEK)混合纺丝,制备SPEEK/QDs杂化纤维,最后浇铸CS溶液制备杂化NFCM。研究发现,PQD与SPEEK链段上的-SOH基团产生强的相互作用,实现了无机质子导体PQD在纤维中的均匀分散且高填充,且在纤维与无机导体界面区域形成额外的传递通道。此外,PQD上的-NH-/-NH基团与SPEEK上的-SOH基团形成酸碱对,形成低阻质子传递位点,连通了纤维垂直向传递“死区”。结果显示,100%RH、90℃条件下,CS/SP/PQD-30%的垂直向传导率达到399 mS cm,较空白膜提升了224%。在120℃无水条件下,CS/SP/PQD-30%的垂直向和水平向传导率分别为451和525 mS cm,分别是空白膜的3.2和1.8倍,且质子传递各向异性从空白膜的2.11降低到1.16。

关键词：纳米纤维复合膜多孔纤维无机质子导体酸碱对垂直向质子传导率

酸碱对增强纳米纤维复合质子交换膜的制备与结构调控

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酸碱对增强纳米纤维复合质子交换膜的制备与结构调控

作者：和亚昆郑州大学

学位级别：硕士

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的心脏,其质子传导率直接决定电池性能的优劣。质子的传递机理主要是跳跃机理和运载机理,构建连续的质子传递通道对提高质子传导率至关重要。静电纺丝纳米纤维是一种强制自组装形成的贯通三维网络结构,... 详细信息

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的心脏,其质子传导率直接决定电池性能的优劣。质子的传递机理主要是跳跃机理和运载机理,构建连续的质子传递通道对提高质子传导率至关重要。静电纺丝纳米纤维是一种强制自组装形成的贯通三维网络结构,具有纳米级的直径和高比表面积,可作为天然的长程连续质子传递通道。同时,纳米纤维间的孔隙可填充聚合物基质,从而制备致密纳米纤维复合膜(Nanofibrous composite membrane,NFCM),得到纤维相和基质相的双连续结构。酸性和碱性基团形成的酸碱对可作为低阻力传递位点供质子高效传递。纳米纤维和聚合物基质上的功能基团可独立调控,使质子跳跃环境易于调控。这些特性使NFCM和直接共混聚合物所得的复合膜相比具有明显的优势。此外,纳米纤维可作为支撑骨架,且纳米纤维与基质间的相互作用能够限制聚合物的链段运动性,从而增强NFCM的结构稳定性。本文通过在纳米纤维孔隙内填充聚合物基质制备NFCMs,并通过改变纳米纤维与基质的基团种类调控二者间的相互作用,考察了膜物理结构和化学微环境对质子传递性能的影响,具体研究内容及主要结论如下:(1)纳米纤维与基质上传导性基团不同组合的影响规律首先将聚乙烯醇(PVA)和四乙氧基硅烷(TEOS)混合纺丝并通过硅烷偶联剂修饰制备出一系列含有不同功能基团(中性、酸性或碱性)的纳米纤维;随后填充酸性磺化聚醚醚酮(Sulfonated poly(ether ether ketone),SPEEK)或碱性壳聚糖(Chitosan,CS)基质制备NFCMs。这些NFCMs分别在纳米纤维和基质界面区域具有三类复合质子载体(I型:酸-中或碱-中;II型:酸-酸或碱-碱;III型:酸-碱或碱-酸)。强的酸碱对相互作用赋予含III型质子载体的NFCMs高的热稳定性和结构稳定性。通过研究不同条件下的质子传导率发现,相比于I型和II型质子载体,III型质子载体(酸碱对)表现出明显的诱导效应,形成低阻质子跳跃通道,赋予NFCMs较高的质子传导率,如SP/NF-NH2的100%RH和低湿条件质子传导率分别为0.094 S cm-1(65℃)和0.027 S cm-1(120℃)。(2)基质/纳米纤维和基质/纳米填充物双界面质子传递通道构建首先在上述PVA和TEOS混合纺丝所得纳米纤维表面修饰含碱性基团的聚多巴胺层和凸起的纳米颗粒,后加入SPEEK得到NFCMs。结果显示,聚多巴胺颗粒分布均匀,能有效调控SPEEK链段运动、结晶状态及质子传递能垒。同时,聚多巴胺上的氨基/亚氨基与SPEEK上的磺酸基团形成酸碱对,作为低能垒的质子传递载体,在基质/纳米纤维与基质/纳米颗粒界面区域形成双界面质子传递连续通道。所得NFCMs具有较高的结构稳定性和质子传递性能,如SP-82/NF-PDA-8.5在100%RH和无水条件质子传导率分别高达0.127 S cm-1(60℃)和0.012 S cm-1(120℃)。(3)CS/SPEEK纳米纤维复合膜制备与酸碱对质子传递强化首先通过静电纺丝方法设计制备了一系列SPEEK纳米纤维,并调控其直径与磺化度,随后将CS基质填充到纳米纤维孔隙中制备NFCMs。复合膜断面扫描电镜结果显示SPEEK纳米纤维在CS基质中分散均匀,红外结果表明NFCMs内部形成了酸碱对,在纳米纤维与基质界面处构建连续质子传递通道,赋予NFCMs显著提高的质子传导率。增大SPEEK磺化度或减小纳米纤维直径,能够显著提高界面处酸碱对的数量,进而增大纳米复合膜的质子传导率。CS/SP-80-1具有最高的SPEEK磺化度和最小的纳米纤维直径,在所制备NFCMs中具有最优的质子传递性能,其最高100%RH条件质子传导率为0.153 S cm-1(80℃),与商业Nafion膜相当;无水条件质子传导率为0.060 S cm-1(120℃),远大于Nafion膜。

关键词：磺化聚醚醚酮壳聚糖纳米纤维复合膜酸碱对质子传导率传递通道