高效吸附抗菌型空气净化材料的研发

 行业新闻     |      2019-05-01    |    点击数:232

室内空气污染成分极其复杂,俨然已成为危害人体健康的“隐形杀手”,PM2.5和微生物是其中的重要组成部分,引起了研究人员的广泛关注。静电纺纳米纤维因制备简单、比表面积大、孔径小、孔洞连通性好等特性被广泛应用于高效过滤领域。本文采用静电纺丝技术,以聚乳酸PLA和壳聚糖CS纳米粉末为原料,制备表面多孔的抗菌型PLA/CS纤维,探讨纺丝液的性质对可纺性的影响,优化纺丝电压、纺丝液流速、接收距离、纺丝液浓度和环境相对湿度等工艺参数,研究了纺丝液中CS纳米粉末的含量对纤维形貌、结构、性能的影响,讨论了纺丝时间和纤维表面的孔洞结构对纤维膜的过滤性能和空气净化性能的影响。

1.高效吸附抗菌型空气净化材料的研发

原文链接:

http://60.216.8.150:8004/rwt/CNKI/https/NNYHGLUDN3WXTLUPMW4A/kcms/detail/detail.aspx?

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    室内空气污染成分极其复杂,俨然已成为危害人体健康的“隐形杀手”,PM2.5和微生物是其中的重要组成部分,引起了研究人员的广泛关注。静电纺纳米纤维因制备简单、比表面积大、孔径小、孔洞连通性好等特性被广泛应用于高效过滤领域。本文采用静电纺丝技术,以聚乳酸PLA和壳聚糖CS纳米粉末为原料,制备表面多孔的抗菌型PLA/CS纤维,探讨纺丝液的性质对可纺性的影响,优化纺丝电压、纺丝液流速、接收距离、纺丝液浓度和环境相对湿度等工艺参数,研究了纺丝液中CS纳米粉末的含量对纤维形貌、结构、性能的影响,讨论了纺丝时间和纤维表面的孔洞结构对纤维膜的过滤性能和空气净化性能的影响。

 

 

 

 

 

                                        

 

 

 

                      

2.研究结果

研究取得的主要结果如下:

(1)纺丝液的制备及性质:在PLA溶液中添加CS纳米粉末后,纺丝液的粘度增大,电导率下降;随着纺丝液中PLA/CS的质量分数增大(固定两者的质量比4/1),纺丝液的粘度增大,电导率呈下降趋势;PLA的质量分数为8%,CS纳米粉末的质量分数在1~2.5%范围内变化对纺丝液的粘度影响不显著。

 

(2)纺丝工艺参数优化:选用纺丝液PLA-8/CS-2,在环境相对湿度为45±3%的条件下,采用三因素四水平正交试验对纺丝工艺参数(纺丝电压、纺丝液流速、接收距离)进行优化,以纤维直径最小为参考指标,优化后的纺丝工艺参数组合为:纺丝电压18 kV,纺丝液流速1 ml/h,接收距离14 cm;采用优化后的纺丝工艺参数,在环境相对湿度为45±3%的条件下纺丝,随着纺丝液浓度增大,纤维中的珠状物逐渐减少直至消失,当PLA和CS的质量分数分别为8%和2%时(即纺丝液PLA-8/CS-2),纤维细度均匀且表面分布有大量的纳米孔洞;当纺丝液为PLA-8/CS-2时,环境相对湿度越高,纤维直径越大,表面的孔洞宽度越大且孔洞覆盖率越高,环境相对湿度为45%时,制备的纤维膜过滤效果最好。

 

(3)CS纳米粉末在纤维上的分布:TEM和EDX检测结果表明,CS纳米粉末均匀分布在表面多孔的PLA/CS纤维表面。

 

(4)纺丝液中CS纳米粉末的含量对纤维形貌、结构和性能的影响:在PLA溶液中添加CS纳米粉末后,静电纺纤维的直径、表面孔洞的宽度和覆盖率均显著增大,纤维膜的通孔孔径随之增大,过滤效率和压降显著降低;随着纺丝液中CS纳米粉末的质量分数增大,纤维直径和表面孔洞的宽度变化较小,孔洞覆盖率和通孔孔径大小呈现出上升的趋势,纤维膜的过滤效率逐渐增大,压降降低;纤维膜PLA-8/CS-2.5的过滤效率达到98.99%,压降仅为147.60 Pa,品质因子为0.0312,过滤效果最好;纤维膜中CS纳米粉末的含量越高,PLA/CS纤维膜的结晶度越高,且抑菌性能越好,纤维膜PLA-8/CS-2.5对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.5%,对大肠杆菌的抑菌率为99.4%,具有良好的抑菌效果。

 

(5)纺丝时间和纤维表面的孔洞结构对纤维膜的空气净化性能的影响:随着纺丝时间延长,纤维膜越厚,通孔孔径越小,过滤效果越好,空气净化性能改善,PLA-8/CS-2.5-4h和PLA-8/CS-2.5-6h的空气净化效果优于车载空气净化器的原滤芯;但是,过滤时的压降随着纺丝时间延长而增大,阻碍空气流通,使得PLA-8/CS-2.5-6h的净化效果优于PLA-8/CS-2.5-8h,最佳纺丝时间为6h。纺丝时的环境相对湿度越大,纤维表面的孔洞宽度越大且覆盖率越高,当湿度从15%增大到45%时,过滤效果逐渐提升,空气净化性能显著增强;而湿度为60%时,纤维直径较大,导致过滤性能和空气净化性能变差;环境相对湿度为45%时最为适宜。