静电纺聚乙烯醇纳米复合纤维的制备及催化性能研究

论文摘要

本文利用静电纺丝法制备聚乙烯醇（PVA）纳米纤维,研究了PVA静电纺丝过程中的影响因素,选取了最优条件制备PVA纳米纤维。采用静电纺丝法制备了PVA与全氟磺酸树脂（PFSA）以及PVA与盐类体系的共混纳米纤维催化剂,并针对乙酸乙酯合成,对其催化性能进行了测定。具体结果如下：首先,采用静电纺丝法,对比了不同种类的PVA原料（FJ1788、SH1788、GD1799）电纺性的优劣及纤维形貌。结果表明,不同种类的PVA制得的纺丝液在粘度、电导率和表面张力上都有很大的不同。相同条件下,三种原料的电纺性优劣分别为FJ1788>SH1788>GD1799。而共混不同浓度的DMAc后,可有效改善GD1799的电纺性,添加20wt%的DMAc后制得的纳米纤维形貌较优。其次,以纯水为溶剂,PVAFJ1788为原料,考察了不同纺丝条件对PVA纤维形貌及直径分布的影响。结果表明,PVA浓度增大,纺丝液粘度增大,电导率增大,表面张力缓慢下降后趋于平衡,7wt%～11wt%浓度范围内PVA的成纤性较好,纤维平均直径从128～210nm逐渐增大。随着操作电压10kV～18kV范围内变化,纤维形貌逐渐变好,纤维直径逐渐减小,直径分布变窄。固化距离5cm～20cm内变化,纤维平均直径有一个先减小后增大的过程,且平均直径在15cm时最小。纺丝流量过低或过高都不利于纤维的成型,0.3ml/h条件下制得的纳米纤维形貌较优。然后,利用静电纺丝法制备了PVA-PFSA纳米纤维催化剂。分别考察了PFSA的添加量、操作电压、纺丝流量及固化距离对PVA-PFSA纳米纤维形貌及直径分布的影响,并针对乙酸乙酯合成实验,对不同条件下制得纳米纤维的催化性能进行了测定。结果表明,纤维的形貌及平均直径的大小对催化性能的影响大于PFSA添加量的影响。增大电压、固化距离后可有效改善PVA-PFSA的纤维形貌,增大流量后纤维形貌变差,催化性能也相对下降。催化剂重复使用3次后,催化效果基本无影响。最后,采用静电纺丝法制备了PVA-salt纳米纤维催化剂。分别选择硫酸氢钠、过硫酸钾作为共混盐类。PVA-salt体系制备的纳米纤维催化剂显示出很好的催化效果,且纺丝液体系配方为PVA（9wt%）/NaHSO4（2wt%）/DMAc（35wt%）-H2O（54wt%）,纺丝条件为16kV/15cm/0.3ml/h制得的纳米纤维催化剂,催化乙酸乙酯转化率可达到35%左右。但纺丝过程不稳定,较难控制。催化剂重复使用第3次后催化效果稍有下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米纤维简介
• 1.1.1 纳米纤维的特点
• 1.1.2 纳米纤维的应用
• 1.1.3 纳米纤维的制备
• 1.2 聚乙烯醇（PVA）纳米纤维
• 1.2.1 聚乙烯醇材料的特点
• 1.2.2 聚乙烯醇（PVA）静电纺丝
• 1.3 聚乙烯醇（PVA）静电纺丝过程影响因素
• 1.3.1 PVA溶液的浓度和粘度
• 1.3.2 PVA的醇解度
• 1.3.3 PVA溶液的电导率
• 1.3.4 PVA溶液的表面张力
• 1.3.5 纺丝电压
• 1.3.6 固化距离
• 1.3.7 纺丝流量
• 1.4 PVA共混液的静电纺丝
• 1.5 静电纺催化纳米纤维以及应用
• 1.5.1 PFSA树脂催化乙酸乙酯合成
• 1.5.2 硫酸氢盐催化乙酸乙酯合成
• 1.6 本论文研究内容
• 第2章 PVA的来源及种类对静电纺丝的影响
• 2.1 前言
• 2.2 PVA的来源及种类对静电纺丝的影响实验部分
• 2.2.1 主要试剂、材料与仪器
• 2.2.2 PVA纺丝液的制备
• 2.2.3 PVA静电纺丝过程
• 2.2.4 PVA纺丝液性能及纤维结构表征
• 2.3 PVA的来源及种类对静电纺丝的影响研究的结果与讨论
• 2.3.1 不同种类PVA的纺丝液性能
• 2.3.2 不同种类PVA的电纺性
• 2.3.3 共混溶剂法改善高醇解度PVA电纺性研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 电纺参数对PVA静电纺丝的影响
• 3.1 前言
• 3.2 电纺参数对PVA静电纺丝的影响实验部分
• 3.2.1 主要试剂、材料与仪器
• 3.2.2 PVA纺丝液的制备
• 3.2.3 PVA静电纺丝过程
• 3.2.4 PVA纺丝液性能及纤维结构表征
• 3.3 电纺参数对PVA静电纺丝的影响结果与讨论
• 3.3.1 不同浓度对纺丝液性能的影响
• 3.3.2 不同浓度对纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 3.3.3 不同纺丝电压对纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 3.3.4 不同纺丝流量对纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 3.3.5 不同固化距离对纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 静电纺丝法制备PVA-PFSA共混纳米纤维催化剂
• 4.1 前言
• 4.2 PVA-PFSA共混纳米纤维催化剂制备实验部分
• 4.2.1 主要试剂、材料与仪器
• 4.2.2 PVA-PFSA共混纺丝液的制备
• 4.2.3 PVA-PFSA共混液的静电纺丝过程
• 4.2.4 PVA-PFSA共混纺丝液性能及纤维结构表征
• 4.3 PVA-PFSA共混纳米纤维催化剂制备的结果与讨论
• 4.3.1 不同PFSA添加量对纺丝液性能的影响
• 4.3.2 不同PFSA添加量对PVA-PFSA纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 4.3.3 不同纺丝电压对PVA-PFSA纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 4.3.4 不同固化距离对PVA-PFSA纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 4.3.5 不同纺丝流量对PVA-PFSA纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 4.3.6 不同条件对PVA-PFSA纳米纤维催化剂催化性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 静电纺丝法制备PVA-SALT共混纳米纤维催化剂
• 5.1 前言
• 5.2 PVA-SALT共混纳米纤维催化剂制备实验部分
• 5.2.1 主要试剂、材料与仪器
• 5.2.2 PVA-salt共混纺丝液的制备
• 5.2.3 PVA-salt共混液的静电纺丝过程
• 5.2.4 PVA-salt共混纺丝液性能及纤维结构表征
• 5.3 PVA-SALT共混纳米纤维催化剂制备的结果与讨论
• 5.3.1 不同salt添加量对纺丝液性能的影响
• 5.3.2 不同salt添加量对PVA-salt纳米纤维形貌及直径分布的影响
• 5.3.3 不同salt添加量对PVA-salt纳米纤维催化剂催化性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间论文发表情况
• 致谢