【摘 要】
：
随着工业化和城市化的发展,空气污染越发严重,空气污染物的组成也越发复杂,空气污染物除可吸入颗粒物(PM)外,还有多种有毒气体和有害微生物。蛋白质基静电纺丝材料由于其纤维表面具有大量的功能基团,在去除有毒气体的功能性过滤材料领域得到广泛研究。但大多数蛋白质原料成本高昂(乳清蛋白、胶原蛋白、丝素蛋白等),多用于如组织工程这类高附加值的材料领域;虽然还有一些产量丰富的蛋白质原料(如大豆、玉米),但他们是
论文部分内容阅读
随着工业化和城市化的发展,空气污染越发严重,空气污染物的组成也越发复杂,空气污染物除可吸入颗粒物（PM）外,还有多种有毒气体和有害微生物。蛋白质基静电纺丝材料由于其纤维表面具有大量的功能基团,在去除有毒气体的功能性过滤材料领域得到广泛研究。但大多数蛋白质原料成本高昂（乳清蛋白、胶原蛋白、丝素蛋白等）,多用于如组织工程这类高附加值的材料领域;虽然还有一些产量丰富的蛋白质原料（如大豆、玉米）,但他们是食品加工和家禽家畜饲养的重要资源,无法大规模地用于制造空气过滤材料。此外蛋白质基材料拥有良好的生物相容性,未变性的蛋白质基材料无法有效去除空气中的有害生物,因此研究并制备一种可降解有害气体同时具备生物灭活性的低成本蛋白质基空气过滤材料意义重大。角蛋白在自然界储量巨大,但是大多未得到有效利用,甚至被大量丢弃而引起环境问题;沸石咪唑酯框架（ZIF-8）因其优秀的PM捕获率和光催化灭活性而在空气过滤领域得到广泛应用。本课题通过一体式和分离式两种方法将ZIF-8负载至角蛋白基静电纺丝非织造材料上,并研究了其在去除甲醛和PM领域的应用前景。具体研究内容包括以下几方面:（1）纺丝液的制备及粘度测试:将提取的再生鸭毛角蛋白（FK）用最小浓度的十二烷基磺酸钠（SDS）溶解,并与PVP溶液混合,通过FK/PVP混合溶液的粘度表现探究其可纺性,试验表明:PVP的引入能有效改善可纺FK溶液的粘度,并且在50℃时FK/PVP混合溶液表现出牛顿流体的特性,且粘度接近PVP溶液,适合纺丝。（2）纺丝参数工艺优化:通过SEM图直观分析不同配比的FK/PVP静电纺丝纤维,选用7/3的纺丝液,采用三因素四水平正交实验对纺丝电压、推进速度和接收距离三个参数进行优化,以纤维平均直径最小为参考指标,优化参数组合为:纺丝电压21 k V,推进速度0.5 ml/h,接收距离13cm。（3）一体式负载ZIF-8对纤维形貌的影响:将ZIF-8与7/3的纺丝液混合,在优化后的参数条件下纺丝,试验表明:ZIF-8的加入能减小静电纺丝纤维的直径,当ZIF-8为溶质质量的20%时,纤维平均直径最小,由4.24μm减小至1.00μm;当ZIF-8为30%时,出现大规模团聚,纤维平均直径增大为2.61μm;纤维直径的减小带来纤维孔径的减小,由于ZIF-8对纤维表面电荷的影响,随着ZIF-8含量的增加,纤维孔径呈现先减小后增大的趋势;EDS结果表明ZIF-8均匀分布在纤维表面,但是大多被纤维包覆。（4）分离式负载ZIF-8的工艺参数:将ZIF-8通过超声负载至低熔点非织造材料上,试验表明,随着超声时间、ZIF-8分散液浓度的增加,ZIF-8负载率出现先迅速增加后逐渐平缓的趋势,以ZIF-8的利用率和负载率作为参考指标,PET/PE针刺非织造材料负载参数为超声时间20 min,分散液浓度0.25%;PP/PE热风非织造材料的负载参数为超声时间25min,分散液浓度0.25%。（5）负载ZIF-8的角蛋白基非织造材料在空气净化领域的应用:一体式负载ZIF-8能减小静电纺丝纤维的直径和孔径,有利于过滤PM（72.5%）,但是ZIF-8此时被纤维包覆,无法有效发挥ZIF-8光催化灭菌性能（51.27%）;分离式负载ZIF-8的非织造材料表现出优异的光催化灭菌效率（99.99%）,但是由于纤维直径和孔径过大,对PM的捕获不够理想（44.5%）。此外角蛋白基材料还表现出了良好的甲醛去除效率,66 min时甲醛去除率达到85.5%;因此将ZIF-8一体式负载与分离式负载工艺结合,制备出的复合空气过滤材料集成PM过滤、甲醛去除及光催化灭活功能于一体,在空气净化领域有着良好的应用潜力。
其他文献
随着汽车产业的深入发展,我国的汽车保有量逐年增加,安全、能源和环保等领域面临着严峻挑战,而这些问题都与汽车轻量化都有着紧密的联系。碳纤维复合材料(carbon fiber composites,CFRP)具有“材料可设计性”的特性,能够根据汽车零部件的性能要求来设计微观组分材料和宏观结构参数,是汽车轻量化设计的首选材料。然而,考虑到目前有关基于结构可靠性的CFRP材料与结构一体化设计的研究才开展不
周围神经损伤是临床上常见的疾病,其修复与再生是神经科学领域的研究热点。当损伤距离较短时,周围神经能自我修复,但是对于长距离的缺损,必须借助神经移植物才能完成修复。目前的主要治疗方法是缝合手术、自体或异体移植以及人工神经导管桥接。缝合手术治疗仅适用于短距离(<5mm)的神经损伤,且存在神经束错对和神经断端卷曲会造成组织增生的缺陷;自体移植是临床的“金标准”,但存在来源匮乏、会使供区受损并需要两
足部第一跖骨与大拇趾近节趾骨之间的夹角大于15度时,趾跖关节外处会逐渐形成一个凸起,这种畸形疾病通常被称为拇外翻。这是一种常见于成年人足部的疾病,根据其形成原因可发现此类畸形具有较高的发病率。现有的拇外翻矫形器矫形原理牵强,没有根据拇外翻病理从根本上进行矫形,并不能满足患者的矫形需求,使用不当容易造成足部疼痛等其他疾病。对拇外翻矫形器的设计能够帮助患者改善拇外翻倾斜程度和足部健康问题。目前,已有不
液晶模板法是制备高度有序纳米结构的一种可行性策略。其中,通过可聚合型液晶的紫外光固化反应,可将液态的液晶转化为机械强度更高的聚合物,从而制备具有不同有序纳米结构的功能性材料,并在药物输送、膜分离、非均相催化和能源等领域有良好的应用前景。利用可聚合型液晶构筑的聚合物纳米结构包括柱状结构、层状结构以及双连续结构等。其中双连续立方结构由于其独特的三维连通网络结构,使其在聚合物分离膜、离子传导膜上有较好的
运载火箭低温贮箱是运载火箭组装的核心部件之一,用于存储火箭发射升空所需的推进剂燃料。贮箱在生产加工过程中需要喷涂一层外包覆绝热层结构,以减少推进剂燃料和外界环境的热量传递。现有贮箱绝热层的喷涂作业,主要是以手工喷涂或半自动喷涂方式为主,不仅喷涂质量和喷涂的表面效果难以保证,而且还存在生产加工效率低,影响作业工人健康等问题。针对航天贮箱绝热层的高效率、高品质和柔性自动化喷涂的工程应用,本文开展了对贮
非圆齿轮能够实现连续的变传动比传动,传递较大扭矩,且传动效率高。现阶段非圆齿轮已经有了一定的应用场景,但由于非圆齿轮形状复杂,设计和加工具有一定难度,所以目前还无法得到大范围的推广和应用。经过研究人员多年探索,在非圆齿轮的设计、检测、制造及应用等多个领域取得了不少成果,但仍然有很多方面不够深入或实现效果不理想,例如:在包络法非圆齿轮廓线提取上,一直采用数值算法,这些方法固然可行,但计算过于复杂、耗
复合材料球壳结构在航空、航天、交通等领域内有着广泛的应用。在实际的工程应用中,球壳结构因为受到外界环境的激励会产生振动、结构疲劳,同时球壳内外还会出现辐射噪声,这不仅会对球壳结构产生不良的影响,还会对使用者的舒适性造成影响。因此,开展复合材料球壳结构的振动特性、声辐射特性、隔声性能分析对于解决相关工程结构的减振降噪问题有着十分重要的意义。本文围绕开口复合材料球壳的振动与声学特性,开展了如下研究工作
电致变色材料是一类可以在外部电压影响下产生宏观上可逆的颜色变化的智能材料,具备突出的可控性、较高的颜色通透性、较大的光学对比度、较强的应用拓展性。目前已成功商用于光学节能窗、汽车后视镜、智能眼镜、飞机舷窗、柔性显示、移动通信设备等领域。可以预见的是,随着生活水平的提高,电致变色材料及其相关器件有非常广阔的应用前景。电致变色材料种类繁多,其中有机聚合物电致变色材料因其分子骨架易于修饰和改性、溶液可加
我国的废旧织物的产量已有近1.5亿吨之多,但回收利用率却不足10%。现今,废旧棉纺织物回收主要以物理回收及化学回收为主,但物理回收难以像化学回收那样实现多次循环再利用。将废旧棉织物回收制备溶解浆,从而制备再生纤维素制品具有巨大的应用潜力。再生纤维素膜具有诸多优点,在包装领域具有非常广泛的应用。目前市场上的再生纤维素膜多为采用粘胶法生产的玻璃纸,生产工艺过程对环境污染较大,然而随着经济的高速发展,国
表面除锈除漆是旧金属工件重新加工或喷涂处理前的重要工序。处理过程中会产生大量粉尘,其不仅含有微细颗粒物,而且含有油漆残渣危险废物。其中大部分粉尘被后续除尘系统中的除尘设备拦截,仍有少量粉尘细颗粒逃逸,造成车间中环境粉尘浓度超标,影响工人健康。而聚丙烯熔喷纤维滤料,作为个体防护应用效果较佳,还可以应用于新风的空气净化。因此,针对喷丸除锈工艺粉尘,研究了聚丙烯熔喷滤料的过滤特性。本文选取了喷丸除锈工艺