聚丙烯腈抗菌复合纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

为研究分析不同抗菌剂对聚丙烯腈(PAN)抗菌纳米纤维的影响,进一步开发功能性纳米纤维纺织品,通过静电纺丝方法制备PAN/三氯生(TCS)、PAN/TiO₂抗菌复合纳米纤维膜,借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等对纳米纤维膜的微观结构和性能进行表征。结果表明:相对于纯 PAN纳米纤维膜,PAN/TCS 和PAN/TiO₂抗菌纳米纤维膜的纤维直径减少了39% ~ 71%,拉伸强度增加了12% ~ 88%; PAN/TCS 复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈都大于1 mm;由于TiO₂为非溶出型菌剂,PAN/TiO₂复合纳米纤维未发现抑菌圈;PAN/TCS 和PAN/TiO₂纳米纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率都达到了91.98%以上,且抑菌率随着TCS和TiO₂质量分数的增加而增加。     

Fe_3O_4@V_C磁性纳米粒子对Cr(Ⅵ)的吸附性能

通过水热法合成Fe_3O_4@V_C磁性纳米粒子,采用透射电镜、红外光谱和X射线衍射等表征手段对合成的粒子结构进行表征。探讨了pH值、吸附时间、吸附剂用量、溶液初始浓度等因素对六价铬Cr(Ⅵ)吸附的影响,并对Cr(VI)的吸附热力学和动力学进行了研究。结果表明,在pH为1.50,25℃条件下,磁性纳米粒子对Cr(VI)的饱和吸附量可达39.12mg/g,吸附率为85%以上。吸附性能试验表明,磁性纳米粒子对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir热力学模型和HO准二级动力学吸附模型。     

氨基化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

Cr(Ⅵ)具有较强的生物毒性,若未经妥善处置直接排入水体会对环境造成较大的影响。以氨基化石墨烯为填料,聚乙烯亚胺为基质,通过溶液共混-冷冻干燥可制得氨基化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料(GO-NH₂/PEI),研究结果表明,固定GO-NH₂的用量为35%,当溶液pH值为2、吸附剂用量0.4 g/L、Cr(Ⅵ)含量100 mg/L、吸附温度318 K和吸附时间300 min时,GO-NH₂/PEI对Cr (Ⅵ)的吸附量和吸附率分别为229.80 mg/g和91.92%。GO-NH₂/PEI对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附行为更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程是基于化学吸附的单层吸附。经过循环吸附再生第5次使用,GO-NH₂/PEI对Cr(Ⅵ)的吸附量207.92 mg/g,仍可保持90.48%的再生率,说明其重复使用性能良好。     

聚丙烯腈/醋酸纤维素/TiO2复合纳米纤维膜的制备及其光催化降解性能

为研究碱改性前后复合纳米纤维膜的光催化降解性能,首先利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈/醋酸纤维素/二氧化钛(PAN/CA/TiO₂)复合纳米纤维膜,依次用0.05、0.10 mol/L的氢氧化钠溶液对其进行碱处理,制得聚丙烯腈/再生纤维素/二氧化钛(PAN/RC/TiO₂)复合纳米纤维膜,并应用于染料废水处理。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪及接触角测量仪等手段表征了复合纳米纤维膜的结构与亲水性;同时研究了复合纳米纤维膜的力学与光催化降解性能。结果表明:经碱处理后,复合纳米纤维膜的静态接触角由125.30°减小到10.20°,亲水性能得到很大的改善;PAN/RC/TiO₂复合纳米纤维膜对亚甲基蓝(MB)溶液的降解率达到91.2%,而空白对照样对MB溶液的降解率仅为10.1%,且重复使用3次后,复合纳米纤维膜对MB溶液的降解率仍达74.7%。     

聚乙烯醇/壳聚糖纳米纤维吸附三价铬的机制

采用静电纺丝技术经过戊二醛交联制备耐水性PVA/CS纳米纤维,通过红外光谱和扫描电镜对结构和形貌进行了分析,检测纳米纤维对Cr(Ⅲ)的吸附性能。结果表明,PVA/CS纳米纤维对Cr(Ⅲ)的最佳吸附条件是:在pH=6.0、Cr(Ⅲ)初始质量浓度为75和150 mg/L时,120、240 min后基本达到吸附平衡。在温度为288 K时,PVA/CS纳米纤维对Cr(Ⅲ)的最大吸附量约为31.25 mg/g;当温度升高到318 K时,最大吸附量约为64.34 mg/g。对Cr(Ⅲ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir吸附模型,吸附过程具有吸热和自发性特征,循环吸附实验表明PVA/CS纳米纤维具有良好的重复使用性。XPS图谱表明PVA/CS纳米纤维中的N和O共同对Cr(Ⅲ)的吸附起作用。     

聚丙烯腈/BaTiO3复合纳米纤维过滤膜的制备及其性能

为制备高效低阻的纳米纤维过滤膜,将无机驻极体BaTiO₃纳米颗粒加入聚丙烯腈(PAN)溶液中,利用静电纺丝方法制备PAN/BaTiO₃复合纳米纤维过滤膜,对其表面形貌、化学结构、水接触角、力学性能和过滤性能进行分析。结果表明:PAN/BaTiO₃纳米纤维的直径比纯PAN纳米纤维略有降低,且BaTiO₃纳米颗粒均匀地分散在纤维内部;与纯PAN纳米纤维膜相比,PAN/BaTiO₃复合纳米纤维过滤膜的水接触角更大,抗污染能力更强,拉伸强度最高增加了75.5%;当BaTiO₃质量分数为0.75%时,PAN/BaTiO₃复合纳米纤维过滤膜的过滤效率为98.9%,阻力压降为42.7 Pa, 品质因子为0.105 6,其中静电吸附作用占总过滤效果的36.2%,该纤维膜过滤性能最好,且具有一定的循环使用性能。     

聚丙烯腈/硝酸钠纳米纤维膜的制备及其压电性能

为提高聚丙烯腈(PAN)纤维膜的压电性能,将硝酸钠(NaNO₃)掺杂到PAN中,利用静电纺丝技术制备了PAN/NaNO₃纳米纤维膜。探究了NaNO₃用量以及纺丝速度对静电纺PAN纤维膜压电性能的影响。通过扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪、驻极体非织造压电性能测试系统以及压电测试仪对PAN/NaNO₃纤维膜的表面形貌、构象和压电性能进行表征与测试。结果表明:将NaNO₃掺杂到PAN中会导致纤维膜的平面锯齿构象含量增加,晶面间距减小,进而影响PAN纤维膜的压电性能;当NaNO₃质量分数为0.9%、纺丝速度为1 000 mm/s时,纤维膜的压电性能明显提高,此时PAN/NaNO₃纤维膜中平面锯齿构象含量最多,晶面间距最小,与未掺杂NaNO₃的PAN纤维膜相比,此PAN纤维膜压电电压和电流分别提高了40%和174.53%。     

柳絮纤维生物质炭的制备及其对染料废液中Cr(Ⅵ)的吸附性能

针对目前酸性媒染染料废水中的六价铬Cr(VI)对水体环境污染严重的问题,以柳絮纤维为原料,通过限氧裂解法制备了KOH活化生物质炭(CBK)、NaOH活化生物质炭(CBN),采用吸附批实验法研究模拟染料废液pH值、吸附剂投放量、温度效应等对柳絮纤维生物质炭吸附处理Cr(VI)的影响,利用动力学和热力学相关模型对吸附过程进行拟合,探究柳絮纤维生物质炭对Cr(VI)的吸附机制。结果表明:CBK较CBN比表面积显著增大,表面吸附位点增多;在模拟废液pH值为2时,CBK、CBN对Cr(VI)的理论最大吸附量分别为82.68、47.16 mg/g,且吸附过程符合Freundlich热力学模型和准二级动力学模型,吸附过程主要为多分子层吸附,同时还伴随着化学吸附,该吸附反应是自发进行且为吸热反应,温度升高可显著提高柳絮纤维生物质炭对Cr(VI)的吸附量。     

Fe3O4@VC磁性纳米粒子对Cr(VI）的吸附性能

通过水热法合成Fe₃O₄@V_C磁性纳米粒子,采用透射电镜、红外光谱和X射线衍射等表征手段对合成的粒子结构进行表征。探讨了pH值、吸附时间、吸附剂用量、溶液初始浓度等因素对六价铬Cr(VI）吸附的影响,并对Cr(VI）的吸附热力学和动力学进行了研究。结果表明,在pH为1.50,25 ℃条件下,磁性纳米粒子对Cr(VI）的饱和吸附量可达39.12 mg/g,吸附率为85%以上。吸附性能试验表明,磁性纳米粒子对Cr(VI）的吸附符合Langmuir热力学模型和HO准二级动力学吸附模型。     

玉米芯生物炭对水中Pb(Ⅱ)的吸附

以玉米芯为原料制备生物炭,采用扫描电镜及N_2吸附等温线对其表面形貌及孔结构进行了表征,通过批次吸附试验,研究了其对水中Pb(II)的吸附行为。结果表明:玉米芯生物炭对Pb(II)的吸附在120 min达到平衡,吸附过程符合准二级动力学方程。Langmuir吸附模型能够很好地模拟吸附等温线,最大饱和吸附量为79.36 mg/g。热力学结果显示:玉米芯生物炭对Pb(II)的吸附主要以化学吸附为主,升高温度有利于吸附。在Cd(II)共存的条件下,玉米芯生物炭对Pb(II)的吸附受到一定的抑制。     

聚乳酸/壳聚糖/Fe3O4超细纤维膜对酸性蓝MTR的吸附性能及机制

为制备易回收、可生物降解的染料吸附材料,将聚乳酸(PLA)、壳聚糖(CS)和四氧化三铁(Fe₃O₄)共混溶于三氟乙酸(TFA)溶液中,通过静电纺丝技术制备得到PLA/CS/Fe₃O₄超细纤维膜,研究了PLA/CS/Fe₃O₄超细纤维膜的表面形貌、孔隙结构、表面元素及其对酸性蓝MTR的吸附动力学和吸附机制。结果表明:PLA/CS/Fe₃O₄超细纤维内外均有孔隙结构,纤维的直径为(158±81) nm,比表面积为14.7 m ²/g,平均孔径为15.6 nm,且共混静电纺丝并未改变CS中C—NH₂和Fe₃O₄中Fe元素的化学状态;PLA/CS/Fe₃O₄超细纤维膜对酸性蓝MTR的平衡吸附量为156 mg/g,吸附动力学实验数据与Lagergren准二级吸附动力学模型吻合较好,表现为化学吸附机制。     

偕胺肟化SiO2/聚丙烯腈复合纤维膜的制备及其性能

为构筑具有特殊表/界面性能的膜材料,利用静电纺丝技术制备SiO₂/聚丙烯腈(PAN)复合纤维膜,然后经盐酸羟胺偕胺肟化处理赋予其超亲水及水下超疏油性能。借助场发射扫描电子显微镜、X射线能谱仪、傅里叶变换光谱仪及接触角测试仪等分析了纤维膜的微观形貌、结构和表/界面性质。结果表明:偕胺肟化改性后纤维膜表面有絮状物包覆,盐酸羟胺改性液最佳质量浓度为35~40 g/L,最佳改性温度为60 ℃,偕胺肟化SiO₂/PAN纤维的平均直径为275 nm;改性后纤维膜表面Si和O元素质量分数为2.13%和6.60%,SiO₂锚固在PAN纤维膜表面,且SiO₂/PAN偕胺肟化成功;相比PAN纤维膜,SiO₂/PAN纤维膜在60 ℃偕胺肟化后水润湿时间由5.4 s缩短到0.5 s,且水下油接触角达到(165.2±1)°;偕胺肟化纤维膜断裂强度达4.1 MPa,可满足油水分离的基本要求。     

二硫化钼/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其光催化性能

采用水热合成法制备了无机半导体光催化剂二硫化钼(MoS_2),利用静电纺丝技术,将MoS_2粉末添加到不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)溶液中进行共混纺丝,制备MoS_2/PAN复合纳米纤维膜,并用于罗丹明B溶液的催化降解。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)等对纳米纤维膜的形貌和性能进行表征。结果表明:MoS_2/9%PAN复合纳米纤维膜中的纳米纤维形貌较好,直径较均匀,MoS_2在纳米纤维上的分布也较为均匀;使用其对30 mL的10 mg/L罗丹明B溶液进行光催化降解,光催化效果好,降解率达89.8%,重复使用3次后,降解率仅下降了2.3%,表现出良好的循环使用性。     

甲醛改性脐橙皮对重金属Pb(Ⅱ)的吸附

以生物废料脐橙皮为原料,在一定的条件下,与甲醛反应,制取生物吸附剂,考察Pb(Ⅱ)初始质量浓度、吸附时间、溶液pH值对生物吸附剂吸附性能的影响。结果表明:在常温条件下,向15mL、pH 5.0、质量浓度为150mg/L的Pb(Ⅱ)溶液中加入25mg改性脐橙皮,恒温振荡2h,改性脐橙皮吸附剂对溶液中Pb(Ⅱ)的去除率达99.85%。改性脐橙皮吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附在2h左右达到平衡且符合二级动力学方程,生物吸附作用遵循Langmuir等温吸附方程,改性脐橙皮吸附剂的最大吸附容量达到185.19mg/g,最适pH值为4.0～5.5。     

聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及性能表征

采用静电纺丝技术制备口罩芯材,以获得具有纳米蛛网结构的纤维膜材料,从而赋予材料更强的空气滑移效应。采用聚丙烯腈(PAN)和不同质量分数的氯化钡(BaCl₂)制备复合纤维膜。通过电导率和黏度评价纺丝液的性能;通过扫描电镜观察纤维膜的表面形貌,以纤维膜的形貌评价材料的空气过滤效果。结果表明：加入低质量分数BaCl₂对纺丝液的黏度和表面张力的影响较小,而使纺丝液的电导率增大,有利于获得直径分布均匀的纳米纤维膜。采用PAN质量分数为15%的纺丝液,加入质量分数为0.4%的BaCl₂,制得形貌良好的PAN纳米纤维膜。采用直径300～500 nm的电中性NaCl气溶胶颗粒对纤维膜的过滤性能进行测试,结果显示纤维膜的空气过滤效率为87.27%,具有较好的过滤效果。     

聚丙烯腈/氯化钴纳米纤维比色湿度传感器的制备及其性能

为获得具有比色效果的纳米纤维湿度传感器,以聚丙烯腈(PAN)和氯化钴(CoCl₂)为原料,采用静电纺丝技术制备了PAN/CoCl₂复合纳米纤维膜,并组装成纳米纤维比色湿度传感器。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、能量色散X射线光谱仪对纳米纤维膜的微观结构和表面形态进行表征和分析,利用紫外-可见分光光度计分析纤维在不同湿度下以及不同有机溶剂饱和蒸汽氛围下的反射光谱,并采用电化学工作站测试传感器在不同湿度环境下的响应和恢复能力。结果表明:在相对湿度由11%增加至98%时,PAN/CoCl₂纳米纤维膜可由蓝色变至粉色,且该颜色变化过程可逆,响应和恢复速度快;在11%~75%的相对湿度环境下,PAN/CoCl₂纳米纤维比色湿度传感器的电流在12 s内可达1 023 nA左右;当相对湿度降至11%时,2 s内电流可从2 187 nA降至10 nA,具有快速的响应和恢复能力。     

高过滤性能石墨烯复合纳米纤维膜的制备及性能

将石墨烯(GR)纳米颗粒掺杂到聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液中,利用静电纺丝技术制备石墨烯/聚丙烯腈(GR/PAN)复合纳米纤维膜。研究PAN质量分数、GR用量、纺丝电压及接收距离对GR/PAN复合纳米纤维膜形貌和过滤性能的影响,发现最优纺丝工艺参数为PAN质量分数14.0%、GR用量1.5%、纺丝电压26 kV、接收距离14 cm、注射速度1 mL/h。此最优纺丝工艺参数制备的GR/PAN复合纳米纤维膜的过滤效率为98.86%,过滤阻力为110.30 Pa。     

CD/PAN纤维膜对重金属离子的脱附与再生性能

用CD/PAN复合纳米纤维膜对水中重金属离子进行吸附与脱附试验,采用紫外/可见光分光光度计测定吸附前后溶液中重金属离子的浓度,以脱附时间、重复使用次数为影响因素,通过吸附、脱附相关计算得出CD/PAN复合纳米纤维膜的重复利用性能。研究表明:经过4次吸附-脱附-吸附后,α-CD/PAN纤维膜对Zn~(2+)的脱附效果较好,脱附率为80.68%;β-CD/PAN纤维膜对重金属离子的脱附效果较差;γ-CD/PAN纤维膜对Cu~(2+)、Ni~(2+)、Pb~(2+)的脱附效果较好,脱附率分别为78.51%、80.12%和80.71%。     

造纸污泥基纳米复合材料的制备及其对废水中重金属的吸附

利用造纸污泥与壳聚糖制备造纸污泥-壳聚糖(SL-CSA)纳米复合吸附材料,研究了SL-CSA纳米复合材料对废水中铬离子(Cd²⁺)和铅离子(Pb2+)的吸附性能。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征证明了复合材料的成功制备。吸附实验表明,SL-CSA纳米复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附均遵循准二级动力学方程,属于化学吸附。根据Langmuir模型,SL-CSA纳米复合材料对Cd²⁺和Pb2+的最大吸附量分别为314.05 mg/g和320.06 mg/g。     

复合静电纺超细聚丙烯腈纳米纤维的制备

为获得比常规静电纺丝纤维直径更细的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维,采用复合静电纺丝方法制备了聚丙烯腈/醋酸丁酸纤维素（PAN/CAB）复合纳米纤维,再溶解掉复合纳米纤维中的CAB组分,得到超细PAN纳米纤维并对其进行氨基化改性后用于吸附直接红23（DR23）染料。研究了PAN和CAB的混合比例、纺丝溶液质量分数和纺丝液挤出速度3个因素对所得ＰＡＮ 纳米纤维直径的影响,并比较了常规静电纺和复合静电纺制备出的PAN纳米纤维改性后的染料吸附量。实验结果表明：该方法制得的PAN纳米纤维的平均直径在50~80 nm范围内,其中当PAN和CAB的质量比为15:85、纺丝溶液质量分数为15%、纺丝液挤出速度为1.5 mL/h、纺丝电压为10 kV、接收距离为20 cm时,得到的PAN纳米纤维的平均直径为50 nm;改性后纳米纤维对DR 23的平衡吸附量达833mg/g。