本書主要內容包括液噴紡微納米纖維的優(yōu)化制備及其對廢水中重金屬離子的吸附去除、微納米纖維非織造復合濾材的結構設計及其對PM2.5的過濾防護性能、生態(tài)型立體植生護坡土工布的制備關鍵技術及應用研究。
非織造材料是醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、基礎設施建設、工業(yè)、農業(yè)等領域不可或缺的新型材料。目前，全球人口的快速增長及社會和工業(yè)的發(fā)展進步給地球生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力，水資源短缺、空氣污染和植被破壞等生態(tài)環(huán)境問題也在日益加劇，健康可持續(xù)發(fā)展已成為當今世界的發(fā)展方向。非織造材料因其獨特的三維立體網狀結構以及性能好、產量高、成本低、品種多等特點，在環(huán)保領域中的應用越來越多，環(huán)保產業(yè)用紡織品已經成為非織造材料行業(yè)的重點發(fā)展方向之一�！笆奈濉逼陂g，我國環(huán)保產業(yè)用非織造材料將繼續(xù)圍繞大氣、水、土壤污染治理三大行動，通過提質增效、補短板、提檔次等方式，提升水過濾、空氣過濾用非織造材料的性能，擴大生態(tài)修復用非織造材料的應用范圍。
隨著非織造材料生產技術的日益成熟和不斷革新，非織造產業(yè)將進入一個以超細纖維、納米纖維等制備技術及應用為代表的新的發(fā)展時期。經過近十幾年的發(fā)展，納米纖維的制備技術已展現出明顯的跨學科技術融合的趨勢，以期在改善納米纖維的質量、提高性能、增加產率以及降低生產成本等方面有所突破。微納米纖維非織造材料已從概念研發(fā)走向市場應用，從高端核心材料應用逐漸向環(huán)保防護等領域轉移，并逐步取代傳統(tǒng)產品材料。因此，對微納米纖維非織造材料在污水處理、空氣過濾以及生態(tài)修復等領域的應用進行研究，拓寬納米非織造材料的應用領域，對非織造產業(yè)和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，都具有一定的現實意義。
本書以作者十多年來的研究成果為基礎，并參閱了大量國內外相關文獻，主要介紹了液噴紡微納米纖維的優(yōu)化制備及其對廢水中重金屬離子的吸附去除、微納米纖維非織造復合濾材的結構設計及其對PM2.5的過濾防護性能、生態(tài)型立體植生護坡土工布的制備關鍵技術及應用研究。
作者真誠地希望本書的出版能起到拋磚引玉的作用，幫助讀者深入了解微納米纖維非織造材料及其在環(huán)保防護領域的應用，促進相關知識的傳播和發(fā)展，推動相關技術的進步，提升我國的科技創(chuàng)新水平和國際競爭力。然而，受篇幅所限，只能通過本書介紹本人對微納米纖維非織造材料及其在環(huán)保防護領域應用的一隅之見和一些研究工作，無法全面反映國際上此領域的創(chuàng)新思想和優(yōu)秀研究成果，在此誠懇說明。
在本書所列內容的研究過程中得到了中央高校博士生創(chuàng)新基金項目“氣流/電場拉伸紡絲成型機理的研究”（編號：12D10146）、河南省重點研發(fā)與推廣專項（科技攻關）項目“復合濾材的結構設計及其對PM2.5的防護性能研究”（編號：162102310401）、河南省重點研發(fā)與推廣專項（科技攻關）項目“生態(tài)型立體植生護坡土工布的制備關鍵技術及應用研究”（編號：192102310495）及中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導性計劃項目“生態(tài)修復用植生護坡土工布的制備關鍵技術及應用研究”（編號：2018056）等的資助，在此表示衷心的感謝。在本書的形成和編撰過程中，東華大學王新厚教授對課題項目的申報和完成給予了傾心指導和大力支持，河南工程學院的領導、同事和課題組的學生為項目的順利實施提供了有利實驗條件和幫助，曹先仲博士在本書撰寫過程中給予了大力支持和幫助，在此一并表示誠摯的謝意。
本書的撰寫力圖體現系統(tǒng)性、理論性和前沿性，但由于該領域涉及學科較多，新成果和新應用層出不窮，書中難免存在疏漏和不妥之處，敬請同行專家學者及廣大讀者批評指正。
婁輝清，工學博士，河南工程學院紡織工程學院教師。主要從事功能性與產業(yè)用纖維及紡織品的制備和應用基礎研究。主持完成省部級科研項目7項，橫向科技合作項目3項，公開發(fā)表學術論文20多篇，其中SCI/EI收錄10篇。
目 錄
章 緒論 001
1.1 研究背景 001
1.2 非織造材料的特點及加工工藝 003
1.2.1 非織造材料的特點 003
1.2.2 非織造材料的加工工藝 004
1.3 非織造材料制備方法 004
1.3.1 熔體紡絲 004
1.3.2 熔噴紡絲 005
1.3.3 靜電紡絲 006
1.3.4 液噴紡絲 007
1.4 液噴紡微納米纖維的制備與應用 008
1.4.1 液噴紡絲成型理論 008
1.4.2 液噴紡微納米纖維的可行性及其工藝 009
1.4.3 液噴紡微納米纖維的性能及應用 014
1.4.4 液噴紡微納米纖維的前景展望 022
1.5 微納米纖維非織造材料在環(huán)保防護領域的應用前景 023
1.5.1 水處理領域 023
1.5.2 空氣過濾防護領域 025
1.5.3 生態(tài)修復領域 026
1.6 主要研究內容 026
參考文獻 028
第2章 液噴紡微納米纖維的優(yōu)化制備 037
2.1 引言 037
2.2 材料與方法 038
2.2.1 試劑與儀器 038
2.2.2 液噴紡PEO微納米纖維的制備及其表征 039
2.2.3 單因素預實驗確定工藝參數取值范圍 039
2.2.4 響應面實驗設計與統(tǒng)計分析 039
2.3 結果與討論 042
2.3.1 Box-Behnken實驗設計與結果 042
2.3.2 響應面模型的建立及顯著性檢驗 043
2.3.3 響應曲面圖形分析 046
2.3.4 模型驗證與工藝條件的優(yōu)化 049
2.4 小結 051
參考文獻 052
第3章 液噴紡微納米纖維形貌與環(huán)形氣流場分布和
聚合物射流運動的關聯(lián)性 055
3.1 引言 055
3.2 材料與方法 056
3.2.1 試劑與儀器 056
3.2.2 液噴紡PAN微納米纖維的制備 056
3.2.3 液噴紡絲過程中聚合物射流運動的高速攝影 057
3.2.4 液噴環(huán)形氣體射流場的數值模擬 057
3.3 結果與討論 061
3.3.1 液噴環(huán)形氣體射流速度場分析 061
3.3.2 噴嘴幾何形狀對環(huán)形氣流場分布的影響 062
3.3.3 氣流壓力對氣流場分布的影響 065
3.3.4 纖維形貌與氣流場物理量和聚合物射流運動的關聯(lián)性分析 065
3.4 小結 073
參考文獻 074
第4章 液噴紡PAN微納米纖維的改性及其對多元體系中
重金屬離子的競爭吸附 077
4.1 引言 077
4.1.1 重金屬廢水的來源和危害 077
4.1.2 重金屬廢水處理技術 078
4.1.3 微納米纖維在重金屬廢水處理中的應用 081
4.2 材料與方法 083
4.2.1 試劑與儀器 083
4.2.2 液噴紡PAN微納米纖維的制備及表征 084
4.2.3 液噴紡PAN微納米纖維的改性及表征 084
4.2.4 APAN微納米纖維膜吸附重金屬離子的可行性 084
4.2.5 多元體系的競爭吸附實驗 085
4.2.6 分析方法 086
4.3 結果與討論 086
4.3.1 APAN微納米纖維膜對一元體系中重金屬離子的吸附作用 086
4.3.2 偕胺肟改性液噴紡PAN微納米纖維的FTIR表征 095
4.3.3 APAN微納米纖維膜對多元體系中重金屬離子的吸附作用 096
4.3.4 多元體系中的競爭吸附 097
4.3.5 多元體系中的競爭吸附機理 102
4.4 小結 110
參考文獻 111
第5章 偕胺肟基液噴紡PAN微納米纖維膜對一元體系中
重金屬離子的吸附性能 115
5.1 引言 115
5.2 材料與方法 116
5.2.1 試劑與儀器 116
5.2.2 吸附影響因素實驗 116
5.2.3 吸附等溫線實驗 118
5.2.4 吸附動力學實驗 118
5.2.5 吸附熱力學實驗 119
5.2.6 解吸與重復利用實驗 119
5.3 結果與討論 119
5.3.1 吸附實驗影響因素分析 119
5.3.2 吸附等溫線 124
5.3.3 吸附動力學 133
5.3.4 吸附熱力學 142
5.3.5 解吸與重復利用 143
5.3.6 吸附機理 144
5.4 小結 144
參考文獻 145
第6章 非織造復合濾材的結構設計及其對PM2.5的過濾防護性能 149
6.1 引言 149
6.1.1 PM2.5的來源 149
6.1.2 PM2.5的污染現狀 150
6.1.3 PM2.5的健康危害 151
6.1.4 PM2.5的防治和日常防護 153
6.1.5 非織造材料在PM2.5防護領域的應用 154
6.2 材料與方法 155
6.2.1 材料與儀器 155
6.2.2 非織造復合濾材結構設計 155
6.2.3 非織造復合濾材性能影響因素 156
6.2.4 非織造復合濾材對PM2.5的防護性能 156
6.3 結果與討論 157
6.3.1 非織造復合濾材的結構設計 157
6.3.2 非織造復合濾材的性能研究 160
6.3.3 非織造復合濾材對PM2.5的防護性能 164
6.4 小結 168
參考文獻 169
第7章 生態(tài)型立體植生護坡土工布的制備關鍵技術及應用 173
7.1 引言 173
7.1.1 國外邊坡生態(tài)防護技術的研究現狀與發(fā)展趨勢 174
7.1.2 邊坡生態(tài)防護技術的研究現狀與發(fā)展趨勢 174
7.1.3 非織造材料在邊坡生態(tài)防護中的應用 175
7.2 材料與方法 176
7.2.1 材料與儀器 176
7.2.2 植生護坡用復合生態(tài)土工布的制備 176
7.2.3 植生護坡用復合生態(tài)土工布的性能 180
7.2.4 植生護坡用復合生態(tài)土工布的應用效果 182
7.3 結果與討論 183
7.3.1 復合生態(tài)土工布的規(guī)格和形貌 183
7.3.2 植生護坡用復合生態(tài)土工布的性能研究 184
7.3.3 植生護坡用復合生態(tài)土工布的應用效果 191
7.4 小結 194
參考文獻 195
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