GO/PAN纳米纤维膜功能化改性及抗微生物污染性能研究
发布时间：2021-07-07 17:14
膜微生物污染具有普遍存在性、不可逆性和强危害性等特点。细菌长期的繁殖和生长极易对膜内部结构造成严重破坏,对膜性能造成不可逆损坏,缩短膜的使用寿命和提高膜的运行成本。因此,开发具有抗菌和抗黏附性能膜表面已成为目前一个研究热点。本文设计了两种实验方案,通过复合型抗菌方法,构建“攻击”和“防御”抗菌策略。将不同质量分数的氧化石墨烯（GO）和聚丙烯腈（PAN）物理共混,采用静电纺丝技术制备出具有抗菌活性的GO/PAN纳米纤维膜。当GO含量为3 wt.%时,GO/PAN纳米纤维膜具有较强的抗菌作用。分别采用化学接枝和物理涂覆两种方法对GO/PAN膜表面进行改性,制备出不同壳聚糖（CS）含量的CS-g-GO/PAN和CS-GO/PAN膜。方法一:空气等离子体处理对GO/PAN膜表面进行刻蚀和活化作用引入-COOH基团,与CS的-NH2发生酰胺反应,将CS成功接枝到GO/PAN膜表面;方法二:在酸性（p H=5）条件时,通过静电吸引作用,使氨基质子化作用带正电的CS沉积到带负电的GO/PAN膜表面,成功制备出CS-GO/PAN膜。通过设计正交试验对等离子体处理条件进行选择,采用...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膜微生物污染形成过程[22]
原生质体解体，从而杀死或抑制微生物的生长繁殖[31-34]。Andreas等人[35]采用嵌段共聚物F-127与抗菌肽（AMP）和精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸（RGD）肽功能化，以S.aureus、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌为研究对象，研究了涂层的抗菌性能。研究结果显示，由适当比例的功能组分组成的涂层杀菌性能，且不影响组织相容性。聚合物抗菌剂抗菌效果要不如纳米颗粒[36,37]，纳米材料具有良好的稳定性，高效广谱的抗菌性和细菌难产生耐药性等优点，且纳米颗粒对膜的分离性能影响较小[38]。Ji等人[39]成功地将银合成到片状壳纳米颗粒中，如图1-2所示，由于二氧化硅纳米结构生长和银离子的原位还原同时发生，使得银均匀地分布在纳米胶囊的外壳中。抗菌试验表明，银包二氧化硅纳米胶囊具有良好的抗菌活性，抑菌率为75%。然而，目前常用的表面固定银纳米颗粒的方法对膜表面的性能需求较高，且其价格昂贵，对环境污染大，人体健康危害大[40-43]。图1-2连续一步法制备含银的二氧化硅纳米胶囊[39]Fig.1-2Sequentialone-potfabricationofsilicananocapsulewithAgembeddedinsidetheshells[39]主动杀伤型抗菌分离膜具有很好的抗菌效果，然而，随着抗菌过程的持续，被杀死的细菌在表面富集，易堵塞膜孔道和造成生物淤积，降低分离膜分离效率，且影响抗菌效果。基于此，研究者们提出了构建既具有抗黏附性能，又具有杀菌性能的复合型抗菌膜。
第一章绪论5共混改性由于其不会对纳米纤维膜结构造成破坏，且无需后处理，已经广泛应用于废水处理、空气过滤和饮用水处理等领域。图1-3PAN/GO和H-PAN/GO膜的制备过程[48]Fig.1-3ThepreparationprocessofPAN/GOandH-PAN/GOmembranes[48]1.2.1.2物理涂覆物理涂覆改性是以分离膜为支撑层，将具有功能基团的高分子涂敷在支撑层上达到改性目的。Ren等人[49]采用溶液-凝胶法制备了磷掺杂硅涂层前驱体，该涂层提高了磷掺杂硅涂覆PAN织物的热稳定性。在800℃时，磷掺杂硅涂覆PAN织物的残留值比对照组高25.92%，显著增强了PAN织物的阻燃性能，并提供了一种新颖高效的制备阻燃PAN织物的方法。Torlak等人[50]对CS涂覆PAN膜的抗菌性进行了测试。结果显示，壳聚糖涂覆膜具有广谱抗菌性，是一种有前途的食品包装抗菌材料。1.2.1.3化学接枝化学接枝改性是指通过化学反应引入特定的官能团。此改性后的膜在性能上更持久，可控性也更高。表面接枝改性方法可分为辐射引发接枝、紫外光引发接枝和等离子体接枝等。辐射引发接枝是在高能辐射线作用下发生接枝反应，具有能量高、穿透力强等优点，该方法操作简单，室温或低温下均可进行，且无需引发剂，产品纯净。紫外光引发接枝改性在室温下即可进行，后处理简单，且紫外光引发表面接枝反应只发生在纳米纤维膜表面，不影响纳米纤维膜性能[51]。等离子体接枝的原理是利用放电技术使气体电离产生等电子体，在材料表面引起刻蚀、氧化、还原、裂解、交联和聚合等物理化学反应，在不损害基体膜的前提下对膜表面进行改性，赋予材料表面新的性能。等离子体接枝改性具有温度低、作用时间短、成本低、效果明显和无污染等优点[52]。然而，等离子处理膜表面作用易随时间变化而消失，
【参考文献】：
期刊论文
[1]固定化溶菌酶的氧化石墨烯/聚醚砜杂化超滤膜制备及抗菌性能研究[J]. 朱军勇,王琼柯,许欣,刘绰绰,刘金盾,张亚涛. 中国工程科学. 2014(07)
[2]氧化石墨烯复合材料的研究进展[J]. 邓尧,黄肖容,邬晓龄. 材料导报. 2012(15)
[3]季铵盐类高聚物含量对聚季铵盐/聚醚砜共混膜形态结构和性能的影响[J]. 毛健康,王灿,沈新元. 膜科学与技术. 2009(05)
本文编号：3270035
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膜微生物污染形成过程[22]
原生质体解体，从而杀死或抑制微生物的生长繁殖[31-34]。Andreas等人[35]采用嵌段共聚物F-127与抗菌肽（AMP）和精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸（RGD）肽功能化，以S.aureus、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌为研究对象，研究了涂层的抗菌性能。研究结果显示，由适当比例的功能组分组成的涂层杀菌性能，且不影响组织相容性。聚合物抗菌剂抗菌效果要不如纳米颗粒[36,37]，纳米材料具有良好的稳定性，高效广谱的抗菌性和细菌难产生耐药性等优点，且纳米颗粒对膜的分离性能影响较小[38]。Ji等人[39]成功地将银合成到片状壳纳米颗粒中，如图1-2所示，由于二氧化硅纳米结构生长和银离子的原位还原同时发生，使得银均匀地分布在纳米胶囊的外壳中。抗菌试验表明，银包二氧化硅纳米胶囊具有良好的抗菌活性，抑菌率为75%。然而，目前常用的表面固定银纳米颗粒的方法对膜表面的性能需求较高，且其价格昂贵，对环境污染大，人体健康危害大[40-43]。图1-2连续一步法制备含银的二氧化硅纳米胶囊[39]Fig.1-2Sequentialone-potfabricationofsilicananocapsulewithAgembeddedinsidetheshells[39]主动杀伤型抗菌分离膜具有很好的抗菌效果，然而，随着抗菌过程的持续，被杀死的细菌在表面富集，易堵塞膜孔道和造成生物淤积，降低分离膜分离效率，且影响抗菌效果。基于此，研究者们提出了构建既具有抗黏附性能，又具有杀菌性能的复合型抗菌膜。
第一章绪论5共混改性由于其不会对纳米纤维膜结构造成破坏，且无需后处理，已经广泛应用于废水处理、空气过滤和饮用水处理等领域。图1-3PAN/GO和H-PAN/GO膜的制备过程[48]Fig.1-3ThepreparationprocessofPAN/GOandH-PAN/GOmembranes[48]1.2.1.2物理涂覆物理涂覆改性是以分离膜为支撑层，将具有功能基团的高分子涂敷在支撑层上达到改性目的。Ren等人[49]采用溶液-凝胶法制备了磷掺杂硅涂层前驱体，该涂层提高了磷掺杂硅涂覆PAN织物的热稳定性。在800℃时，磷掺杂硅涂覆PAN织物的残留值比对照组高25.92%，显著增强了PAN织物的阻燃性能，并提供了一种新颖高效的制备阻燃PAN织物的方法。Torlak等人[50]对CS涂覆PAN膜的抗菌性进行了测试。结果显示，壳聚糖涂覆膜具有广谱抗菌性，是一种有前途的食品包装抗菌材料。1.2.1.3化学接枝化学接枝改性是指通过化学反应引入特定的官能团。此改性后的膜在性能上更持久，可控性也更高。表面接枝改性方法可分为辐射引发接枝、紫外光引发接枝和等离子体接枝等。辐射引发接枝是在高能辐射线作用下发生接枝反应，具有能量高、穿透力强等优点，该方法操作简单，室温或低温下均可进行，且无需引发剂，产品纯净。紫外光引发接枝改性在室温下即可进行，后处理简单，且紫外光引发表面接枝反应只发生在纳米纤维膜表面，不影响纳米纤维膜性能[51]。等离子体接枝的原理是利用放电技术使气体电离产生等电子体，在材料表面引起刻蚀、氧化、还原、裂解、交联和聚合等物理化学反应，在不损害基体膜的前提下对膜表面进行改性，赋予材料表面新的性能。等离子体接枝改性具有温度低、作用时间短、成本低、效果明显和无污染等优点[52]。然而，等离子处理膜表面作用易随时间变化而消失，
【参考文献】：
期刊论文
[1]固定化溶菌酶的氧化石墨烯/聚醚砜杂化超滤膜制备及抗菌性能研究[J]. 朱军勇,王琼柯,许欣,刘绰绰,刘金盾,张亚涛. 中国工程科学. 2014(07)
[2]氧化石墨烯复合材料的研究进展[J]. 邓尧,黄肖容,邬晓龄. 材料导报. 2012(15)
[3]季铵盐类高聚物含量对聚季铵盐/聚醚砜共混膜形态结构和性能的影响[J]. 毛健康,王灿,沈新元. 膜科学与技术. 2009(05)
本文编号：3270035
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