静电纺氧化铝纳米纤维非织造材料与性能研究

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1、摘要本文采用溶胶一凝胶法配制TAI(N03)3／PVA、A1C13／PVP纺丝液前驱体及以废旧铝制易拉罐为原料制备的AICl3／PVP溶胶一凝胶纺丝液前驱体，通过静电纺丝技术均成功地纺制出了有机无机杂化纤维，且经高温煅烧后得到了纯纳米氧化铝纤维非织造布，并采用IR、SEM、TG、DSC和XRD等手段对纳米氧化铝纤维结构和性能进行表征，同时通过静电纺丝技术制备出铈、锆掺杂无机复合氧化铝纳米纤维，探讨了铈、锆掺杂对氧化铝纳米纤维热性能和结晶性能的影响。结果表明：采用静电纺丝法，在Al甜03)3／PVA纺丝液浓度为6％～10％，A1C13／P

2、VP纺丝液浓度为5％----7％，电压为25kV---一40kV，接收距离为10cm'---'20cm的条件下可纺制出AI(N03)3／PⅥ～和AlCl3／PVP无机一有机杂化纤维，前者直径在500nm'--"1000nm之间，高温煅烧后纤维直径可达50hm250nm，后者直径在500nm'---'3000nm之间，高温煅烧后可制备出直径200nm～-800nm之问的无机氧化铝纳／微米纤维；A1C13／PVP有机无机杂化纤维在l100℃下连续煅烧5h可得到热性能稳定的0【一A1203纳米纤维，在1400℃高温作用下氧化铝残余质量高达94

3、．4％，定量为lOg／m2的Ⅱ-A1203纳米纤维非织造布对0．3／．tm粉尘粒子过滤效率高Je-生99．9％，是一种高效的耐高温过滤材料。试验发现：以除漆后的铝片作为铝源，通过静电纺丝，在电压为30kV，接收距离为13cm等的条件下纺制出无机一有机杂化纤维，直径大致在1500nm左右，高温煅烧后直径可达500nm。经实验对比，易拉罐表面处理液最终确定为体积分数为14．8％的TFA，体积分数为74．1％的CH2C12和体积分数为11．1％的蒸馏水组成的共混液，该溶液可对易拉罐表面进行有效处理，一次性解决了除漆脱膜的难题，在超声振动下对易

4、拉罐表面处理情况更佳。该处理液配方重复利用率较高，降低了处理成本。研究发现：以AICl3／PVP为主要成分，掺杂铈、锆盐组分的纺丝液采用静电纺可制得直径范围为500nm---,1000nm的铈、锆掺杂氧化铝纳米纤维非织造布，铈、锆元素的加入有效抑制了氧化铝结晶速度，延缓了氧化铝晶型转变温度，改善了氧化铝耐热性能，赋予了氧化铝纳米纤维较高的比表面积，当铈和锆盐同时加入时效果更佳，该材料在汽车尾气催化剂载体中将具有广泛的应用前景。关键词：静电纺丝；纳米纤维；氧化铝；铈、锆掺杂；热性能AbstractA

5、203nanofibershavebe

6、enpreparedbyelectrospinningtwokindsofsol—gelprecursorsofpolyvinylalcohol(PVA)andaluminumnitrate，polyvinylpyrrolidone(PVP)andaluminumchloride，respectively,moreover,aluminumchloridewasalsopreparedbydissolvingaluminiumeasyCan．followedbycalcination．Thestructureandpropertieso

7、fnanofiberswereinvestigatedbyfouriertransforminfraredspectroscopy(FT-IR)，scanningelectronmicroscope(SEM)，thermogravimetryanalysis(TG)，differentialscanningcalorimetry(DSC)andX—raydiflYaction(XRD)．TheA1203nanofibersdopedwithceriumandzirconiumwereelectrospun．andtheeffectofc

8、eriumandzirconiumonthermalandcrystalpropertiesWasalsostudied．Theresultsshowedthattheoptimumcontinuousinorganic—organichybridfiberscanbeobtainedwhenvoltageis25,～40kV,tip—to—collectordistanceis10．--，20cm，concentrationsofAI(N03)3／PVAandA1C13／PVPare6％～1O％and5％～7％，respectivel

9、y．Inpreandpostofcalcination，thediameterofformerreducedfrom500～1000nmto50-～250nm，andthelaterreducedfrom5