GO/PAN納米纖維膜功能化改性及抗微生物污染性能研究
發(fā)布時間：2021-07-07 17:14
膜微生物污染具有普遍存在性、不可逆性和強危害性等特點。細菌長期的繁殖和生長極易對膜內(nèi)部結構造成嚴重破壞,對膜性能造成不可逆損壞,縮短膜的使用壽命和提高膜的運行成本。因此,開發(fā)具有抗菌和抗黏附性能膜表面已成為目前一個研究熱點。本文設計了兩種實驗方案,通過復合型抗菌方法,構建“攻擊”和“防御”抗菌策略。將不同質(zhì)量分數(shù)的氧化石墨烯（GO）和聚丙烯腈（PAN）物理共混,采用靜電紡絲技術制備出具有抗菌活性的GO/PAN納米纖維膜。當GO含量為3 wt.%時,GO/PAN納米纖維膜具有較強的抗菌作用。分別采用化學接枝和物理涂覆兩種方法對GO/PAN膜表面進行改性,制備出不同殼聚糖（CS）含量的CS-g-GO/PAN和CS-GO/PAN膜。方法一:空氣等離子體處理對GO/PAN膜表面進行刻蝕和活化作用引入-COOH基團,與CS的-NH2發(fā)生酰胺反應,將CS成功接枝到GO/PAN膜表面;方法二:在酸性（p H=5）條件時,通過靜電吸引作用,使氨基質(zhì)子化作用帶正電的CS沉積到帶負電的GO/PAN膜表面,成功制備出CS-GO/PAN膜。通過設計正交試驗對等離子體處理條件進行選擇,采用...
【文章來源】：天津工業(yè)大學天津市
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
膜微生物污染形成過程[22]
原生質(zhì)體解體，從而殺死或抑制微生物的生長繁殖[31-34]。Andreas等人[35]采用嵌段共聚物F-127與抗菌肽（AMP）和精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸（RGD）肽功能化，以S.aureus、表皮葡萄球菌和銅綠假單胞菌為研究對象，研究了涂層的抗菌性能。研究結果顯示，由適當比例的功能組分組成的涂層殺菌性能，且不影響組織相容性。聚合物抗菌劑抗菌效果要不如納米顆粒[36,37]，納米材料具有良好的穩(wěn)定性，高效廣譜的抗菌性和細菌難產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點，且納米顆粒對膜的分離性能影響較小[38]。Ji等人[39]成功地將銀合成到片狀殼納米顆粒中，如圖1-2所示，由于二氧化硅納米結構生長和銀離子的原位還原同時發(fā)生，使得銀均勻地分布在納米膠囊的外殼中�？咕囼灡砻�，銀包二氧化硅納米膠囊具有良好的抗菌活性，抑菌率為75%。然而，目前常用的表面固定銀納米顆粒的方法對膜表面的性能需求較高，且其價格昂貴，對環(huán)境污染大，人體健康危害大[40-43]。圖1-2連續(xù)一步法制備含銀的二氧化硅納米膠囊[39]Fig.1-2Sequentialone-potfabricationofsilicananocapsulewithAgembeddedinsidetheshells[39]主動殺傷型抗菌分離膜具有很好的抗菌效果，然而，隨著抗菌過程的持續(xù)，被殺死的細菌在表面富集，易堵塞膜孔道和造成生物淤積，降低分離膜分離效率，且影響抗菌效果�；诖�，研究者們提出了構建既具有抗黏附性能，又具有殺菌性能的復合型抗菌膜。
第一章緒論5共混改性由于其不會對納米纖維膜結構造成破壞，且無需后處理，已經(jīng)廣泛應用于廢水處理、空氣過濾和飲用水處理等領域。圖1-3PAN/GO和H-PAN/GO膜的制備過程[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離膜為支撐層，將具有功能基團的高分子涂敷在支撐層上達到改性目的。Ren等人[49]采用溶液-凝膠法制備了磷摻雜硅涂層前驅體，該涂層提高了磷摻雜硅涂覆PAN織物的熱穩(wěn)定性。在800℃時，磷摻雜硅涂覆PAN織物的殘留值比對照組高25.92%，顯著增強了PAN織物的阻燃性能，并提供了一種新穎高效的制備阻燃PAN織物的方法。Torlak等人[50]對CS涂覆PAN膜的抗菌性進行了測試。結果顯示，殼聚糖涂覆膜具有廣譜抗菌性，是一種有前途的食品包裝抗菌材料。1.2.1.3化學接枝化學接枝改性是指通過化學反應引入特定的官能團。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為輻射引發(fā)接枝、紫外光引發(fā)接枝和等離子體接枝等。輻射引發(fā)接枝是在高能輻射線作用下發(fā)生接枝反應，具有能量高、穿透力強等優(yōu)點，該方法操作簡單，室溫或低溫下均可進行，且無需引發(fā)劑，產(chǎn)品純凈。紫外光引發(fā)接枝改性在室溫下即可進行，后處理簡單，且紫外光引發(fā)表面接枝反應只發(fā)生在納米纖維膜表面，不影響納米纖維膜性能[51]。等離子體接枝的原理是利用放電技術使氣體電離產(chǎn)生等電子體，在材料表面引起刻蝕、氧化、還原、裂解、交聯(lián)和聚合等物理化學反應，在不損害基體膜的前提下對膜表面進行改性，賦予材料表面新的性能。等離子體接枝改性具有溫度低、作用時間短、成本低、效果明顯和無污染等優(yōu)點[52]。然而，等離子處理膜表面作用易隨時間變化而消失，
【參考文獻】：
期刊論文
[1]固定化溶菌酶的氧化石墨烯/聚醚砜雜化超濾膜制備及抗菌性能研究[J]. 朱軍勇,王瓊柯,許欣,劉綽綽,劉金盾,張亞濤. 中國工程科學. 2014(07)
[2]氧化石墨烯復合材料的研究進展[J]. 鄧堯,黃肖容,鄔曉齡. 材料導報. 2012(15)
[3]季銨鹽類高聚物含量對聚季銨鹽/聚醚砜共混膜形態(tài)結構和性能的影響[J]. 毛健康,王燦,沈新元. 膜科學與技術. 2009(05)
本文編號：3270035
【文章來源】：天津工業(yè)大學天津市
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
膜微生物污染形成過程[22]
原生質(zhì)體解體，從而殺死或抑制微生物的生長繁殖[31-34]。Andreas等人[35]采用嵌段共聚物F-127與抗菌肽（AMP）和精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸（RGD）肽功能化，以S.aureus、表皮葡萄球菌和銅綠假單胞菌為研究對象，研究了涂層的抗菌性能。研究結果顯示，由適當比例的功能組分組成的涂層殺菌性能，且不影響組織相容性。聚合物抗菌劑抗菌效果要不如納米顆粒[36,37]，納米材料具有良好的穩(wěn)定性，高效廣譜的抗菌性和細菌難產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點，且納米顆粒對膜的分離性能影響較小[38]。Ji等人[39]成功地將銀合成到片狀殼納米顆粒中，如圖1-2所示，由于二氧化硅納米結構生長和銀離子的原位還原同時發(fā)生，使得銀均勻地分布在納米膠囊的外殼中�？咕囼灡砻�，銀包二氧化硅納米膠囊具有良好的抗菌活性，抑菌率為75%。然而，目前常用的表面固定銀納米顆粒的方法對膜表面的性能需求較高，且其價格昂貴，對環(huán)境污染大，人體健康危害大[40-43]。圖1-2連續(xù)一步法制備含銀的二氧化硅納米膠囊[39]Fig.1-2Sequentialone-potfabricationofsilicananocapsulewithAgembeddedinsidetheshells[39]主動殺傷型抗菌分離膜具有很好的抗菌效果，然而，隨著抗菌過程的持續(xù)，被殺死的細菌在表面富集，易堵塞膜孔道和造成生物淤積，降低分離膜分離效率，且影響抗菌效果�；诖�，研究者們提出了構建既具有抗黏附性能，又具有殺菌性能的復合型抗菌膜。
第一章緒論5共混改性由于其不會對納米纖維膜結構造成破壞，且無需后處理，已經(jīng)廣泛應用于廢水處理、空氣過濾和飲用水處理等領域。圖1-3PAN/GO和H-PAN/GO膜的制備過程[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離膜為支撐層，將具有功能基團的高分子涂敷在支撐層上達到改性目的。Ren等人[49]采用溶液-凝膠法制備了磷摻雜硅涂層前驅體，該涂層提高了磷摻雜硅涂覆PAN織物的熱穩(wěn)定性。在800℃時，磷摻雜硅涂覆PAN織物的殘留值比對照組高25.92%，顯著增強了PAN織物的阻燃性能，并提供了一種新穎高效的制備阻燃PAN織物的方法。Torlak等人[50]對CS涂覆PAN膜的抗菌性進行了測試。結果顯示，殼聚糖涂覆膜具有廣譜抗菌性，是一種有前途的食品包裝抗菌材料。1.2.1.3化學接枝化學接枝改性是指通過化學反應引入特定的官能團。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為輻射引發(fā)接枝、紫外光引發(fā)接枝和等離子體接枝等。輻射引發(fā)接枝是在高能輻射線作用下發(fā)生接枝反應，具有能量高、穿透力強等優(yōu)點，該方法操作簡單，室溫或低溫下均可進行，且無需引發(fā)劑，產(chǎn)品純凈。紫外光引發(fā)接枝改性在室溫下即可進行，后處理簡單，且紫外光引發(fā)表面接枝反應只發(fā)生在納米纖維膜表面，不影響納米纖維膜性能[51]。等離子體接枝的原理是利用放電技術使氣體電離產(chǎn)生等電子體，在材料表面引起刻蝕、氧化、還原、裂解、交聯(lián)和聚合等物理化學反應，在不損害基體膜的前提下對膜表面進行改性，賦予材料表面新的性能。等離子體接枝改性具有溫度低、作用時間短、成本低、效果明顯和無污染等優(yōu)點[52]。然而，等離子處理膜表面作用易隨時間變化而消失，
【參考文獻】：
期刊論文
[1]固定化溶菌酶的氧化石墨烯/聚醚砜雜化超濾膜制備及抗菌性能研究[J]. 朱軍勇,王瓊柯,許欣,劉綽綽,劉金盾,張亞濤. 中國工程科學. 2014(07)
[2]氧化石墨烯復合材料的研究進展[J]. 鄧堯,黃肖容,鄔曉齡. 材料導報. 2012(15)
[3]季銨鹽類高聚物含量對聚季銨鹽/聚醚砜共混膜形態(tài)結構和性能的影響[J]. 毛健康,王燦,沈新元. 膜科學與技術. 2009(05)
本文編號：3270035
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