基于壳聚糖的纳米纤维膜的制备及其环境应用研究
发布时间：2021-08-14 15:27
近年来,随着全球工业化进程的加快,工业废气和废水的随意排放使大气中悬浮的颗粒污染物增加,水体中有机染料污染物含量的上升,造成了生态系统的破坏,进而威胁人类的身体健康。因此研究新型高效的空气过滤材料和水体污染物处理材料具有重要意义。将壳聚糖纳米纤维化,比表面积增大,纤维网络之间曲折的孔道结构适用于过滤、吸附等过程。本研究以此为出发点,制备了壳聚糖纳米纤维材料,将其应用于空气过滤和染料吸附过程。具体研究内容如下:1.以本实验制备的海因衍生物P（ADMH-NVF）、聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CS）为原料,采用连续静电纺丝的方法制备三明治结构纳米纤维膜。通过对纤维膜的拉伸性能、抗菌性和空气过滤性能进行测试表征,纤维膜的拉伸强度可达为6.1 MPa,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有良好的抑菌性。空气过滤测试结果表明,纤维膜对NaCl和DEHS气溶胶的过滤效率均能达到99%以上,基重为2.1 g/m2的纤维膜对NaCl气溶胶的压降为183 Pa,对DEHS气溶胶的压降为238 Pa。2.利用模板去除法和二步接枝法将三乙烯四胺接枝到壳聚糖上,制备了功能化的壳聚糖纳米纤维膜,通过FTIR、TGA、XRD...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１过滤机理示意图［２（）］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??（１）拦截机制：过滤材料中的纤维排列是不规则的，纤维之间错综分布，??形成纳米或微米的结构
?第一章绪论???．餹ｙ?，？Ｌ＾Ｌ?＿?Ｃｉｔｒｈｒｍｉ／？！＞〇〇??戀?＾０＂＂＾?＇＂＂＂＂＂Ｉ?ｓ??＇参?ｆ?＾?Ｃａｒｈ＜？ｉｎ／ａｔ＊＜＞ｎ??｜?Ｓｅ，?Ｉ?＾一一＇?Ｉｐｃｎｉ－ｖｎｉ??Ｊ?＿??‘麥?ＰＡＮ?Ｒ?Ｃ＾ｉｉｈｏｍ／ａｔｋｗ）??画?ｆ?％?Ｉ?Ｉ－ＣＮＪＶＡｕ??ＯＴ‘Ａａ?＿?＿??图１－５碳纳米纤维、镍碳纳米纤维和金碳纳米纤维的制备工艺［８３］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＣＮＦｓ，?ＰＣＮＦｓ－Ｎｉ?ａｎｄ?ＰＣＮＦｓ－Ａｕ．??１．６本课题的研究意义和主要内容??１．６．］本课题的研究意义??随着人类社会的快速发展，生活质量水平的提高，废水废气的随意排放，造??成严重的环境污染，影响人体的身体健康和生态平衡。空气中存在大量的微米级??的细小颗粒物，同时这些微小颗粒可能携带大量细菌和病毒，导致严重的传染性??和过敏性疾玻研宄既能过滤细小颗粒污染物又能阻挡颗粒物携带的细菌的材料??成为研宄人员关注的焦点。未经处理染料的染料废水的排放是造成水体污染的重??要原因之一，所以废水中的染料污染物的处理成为研宄的热点。??静电纺丝作为一种制备纳米材料的新兴技术，具有比表面积大、形貌可控、??方法简单、孔隙率高和成本较低等一系列优点，在制备空气过滤材料和水处理材??料方面有巨大的潜力。壳聚糖作为一种可生物降解的天然阳离子多糖，具有良好??的成膜特性、生物相容性和抗菌活性［８５］，且壳聚糖表面富含氨基和羟基，利于表??面接枝改性，在生物材料中得到了广泛的应用。一般选取合适的基体，采用混合??纺丝的方法制备壳聚糖纳米纤维
内，分子链之间有足够的缠结，得到形貌良好的纳??米纤维。如图２－４所示，Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液浓度从１０?ｗｔ％增加到３０?ｗｔ％，??粘度从０．０７?Ｐａ－ｓ缓慢增加到１．３］?Ｐａ？随着溶液浓度继续增加到５０?ｗｔ％，粘度??快速增加至８．５６?Ｐａ＿ｓ。与相关研宄一致，随着溶液浓度的增加，聚合物链间的相??互作用和缠结增加，溶液黏度增加Ｉ％。???ｒ｜?／Ｉ??〇－??????１０?２０?３０?４０?５０??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（Ｍｉ％）??图２４不同质量浓度Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液粘度??Ｆｉｇ．２－４?Ｔｈｅ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??２．３．４溶液电导率??静电纺丝溶液携带足够的电荷产生高的斥力，才能克服溶液的表面张力，形??成连续的无珠状的纤维。当溶液电导率较低时，受到的拉伸作用低，容易形成大??量的珠状液滴，影响纤维形貌。如图２－５所示，溶液浓度从１０?ｗｔ％增加到３０?ｗｔ％，??电导率从７．１１ｍＳ／ｃｍ迅速增加到１１．１６ｍＳ／ｃｍ，随着溶液浓度持续增加，电导率??增加速度缓慢［９１］。????＇２?＾一．??！：?／??７．?７??１０?２０?３０?４０?５０??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（ｗｔ％）??图２－５不同质量浓度Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液的电导率??Ｆｉｇ．?２－５?Ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）?ｓｏｌｕｔｉｏｎ．??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]通过溶剂蒸汽处理制备多级静电纺丝纳米纤维作为空气过滤膜实现PM2.5高效捕获（英文）[J]. 黄欣欣,焦体峰,刘青青,张乐欣,周靖欣,李冰冰,彭秋明. Science China Materials. 2019(03)
[2]电镀废水处理方法的研究进展[J]. 聶鑫蕊. 电镀与环保. 2016(04)
[3]Synthesis of linear low-density polyethylene-g-poly（acrylic acid）-co-starch/organo-montmorillonite hydrogel composite as an adsorbent for removal of Pb（Ⅱ） from aqueous solutions[J]. Maryam Irani,Hanafi Ismail,Zulkifli Ahmad,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2015(01)
[4]生物吸附剂壳聚糖对刚果红的吸附[J]. 贾海红,周洪英,王学松. 食品与生物技术学报. 2013(06)
[5]有害赤潮的形成机制、危害效应与防治对策[J]. 周名江,于仁成. 自然杂志. 2007(02)
本文编号：3342717
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１过滤机理示意图［２（）］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??（１）拦截机制：过滤材料中的纤维排列是不规则的，纤维之间错综分布，??形成纳米或微米的结构
?第一章绪论???．餹ｙ?，？Ｌ＾Ｌ?＿?Ｃｉｔｒｈｒｍｉ／？！＞〇〇??戀?＾０＂＂＾?＇＂＂＂＂＂Ｉ?ｓ??＇参?ｆ?＾?Ｃａｒｈ＜？ｉｎ／ａｔ＊＜＞ｎ??｜?Ｓｅ，?Ｉ?＾一一＇?Ｉｐｃｎｉ－ｖｎｉ??Ｊ?＿??‘麥?ＰＡＮ?Ｒ?Ｃ＾ｉｉｈｏｍ／ａｔｋｗ）??画?ｆ?％?Ｉ?Ｉ－ＣＮＪＶＡｕ??ＯＴ‘Ａａ?＿?＿??图１－５碳纳米纤维、镍碳纳米纤维和金碳纳米纤维的制备工艺［８３］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＣＮＦｓ，?ＰＣＮＦｓ－Ｎｉ?ａｎｄ?ＰＣＮＦｓ－Ａｕ．??１．６本课题的研究意义和主要内容??１．６．］本课题的研究意义??随着人类社会的快速发展，生活质量水平的提高，废水废气的随意排放，造??成严重的环境污染，影响人体的身体健康和生态平衡。空气中存在大量的微米级??的细小颗粒物，同时这些微小颗粒可能携带大量细菌和病毒，导致严重的传染性??和过敏性疾玻研宄既能过滤细小颗粒污染物又能阻挡颗粒物携带的细菌的材料??成为研宄人员关注的焦点。未经处理染料的染料废水的排放是造成水体污染的重??要原因之一，所以废水中的染料污染物的处理成为研宄的热点。??静电纺丝作为一种制备纳米材料的新兴技术，具有比表面积大、形貌可控、??方法简单、孔隙率高和成本较低等一系列优点，在制备空气过滤材料和水处理材??料方面有巨大的潜力。壳聚糖作为一种可生物降解的天然阳离子多糖，具有良好??的成膜特性、生物相容性和抗菌活性［８５］，且壳聚糖表面富含氨基和羟基，利于表??面接枝改性，在生物材料中得到了广泛的应用。一般选取合适的基体，采用混合??纺丝的方法制备壳聚糖纳米纤维
内，分子链之间有足够的缠结，得到形貌良好的纳??米纤维。如图２－４所示，Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液浓度从１０?ｗｔ％增加到３０?ｗｔ％，??粘度从０．０７?Ｐａ－ｓ缓慢增加到１．３］?Ｐａ？随着溶液浓度继续增加到５０?ｗｔ％，粘度??快速增加至８．５６?Ｐａ＿ｓ。与相关研宄一致，随着溶液浓度的增加，聚合物链间的相??互作用和缠结增加，溶液黏度增加Ｉ％。???ｒ｜?／Ｉ??〇－??????１０?２０?３０?４０?５０??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（Ｍｉ％）??图２４不同质量浓度Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液粘度??Ｆｉｇ．２－４?Ｔｈｅ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??２．３．４溶液电导率??静电纺丝溶液携带足够的电荷产生高的斥力，才能克服溶液的表面张力，形??成连续的无珠状的纤维。当溶液电导率较低时，受到的拉伸作用低，容易形成大??量的珠状液滴，影响纤维形貌。如图２－５所示，溶液浓度从１０?ｗｔ％增加到３０?ｗｔ％，??电导率从７．１１ｍＳ／ｃｍ迅速增加到１１．１６ｍＳ／ｃｍ，随着溶液浓度持续增加，电导率??增加速度缓慢［９１］。????＇２?＾一．??！：?／??７．?７??１０?２０?３０?４０?５０??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（ｗｔ％）??图２－５不同质量浓度Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）溶液的电导率??Ｆｉｇ．?２－５?Ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?Ｐ?（ＡＤＭＨ－ＮＶＦ）?ｓｏｌｕｔｉｏｎ．??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]通过溶剂蒸汽处理制备多级静电纺丝纳米纤维作为空气过滤膜实现PM2.5高效捕获（英文）[J]. 黄欣欣,焦体峰,刘青青,张乐欣,周靖欣,李冰冰,彭秋明. Science China Materials. 2019(03)
[2]电镀废水处理方法的研究进展[J]. 聶鑫蕊. 电镀与环保. 2016(04)
[3]Synthesis of linear low-density polyethylene-g-poly（acrylic acid）-co-starch/organo-montmorillonite hydrogel composite as an adsorbent for removal of Pb（Ⅱ） from aqueous solutions[J]. Maryam Irani,Hanafi Ismail,Zulkifli Ahmad,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2015(01)
[4]生物吸附剂壳聚糖对刚果红的吸附[J]. 贾海红,周洪英,王学松. 食品与生物技术学报. 2013(06)
[5]有害赤潮的形成机制、危害效应与防治对策[J]. 周名江,于仁成. 自然杂志. 2007(02)
本文编号：3342717
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