金属有机骨架/纸浆纤维复合材料的原位制备及抑菌性研究

摘要

本文通过原位沉积的方式制备了HKUST-1/纸浆纤维复合材料及ZIF-8/纸浆纤维复合材料，通过SEM-EDX、XRD及FTIR等表征于段对复合材料的形态、官能团特征进行分析，同时针对复合材料的制备工艺与沉积率、抗张强度及抑菌性能等的关系进行了细致的研究，并对复合材料抑菌性能的来源进行了深入的探讨。
　　在HKUST-1/纸浆纤维复合材料的探索中，以Cu2+作为金属离子，以均苯三甲酸作为有机配位体，以乙醇作为有机配位体的溶剂，在纸浆纤维表面原位制备铜系金属有机骨架材料—HKUST-1。通过SEM观察，证明HKUST-1是以微米棒的形式存在于复合材料中;通过XRD、FTIR、EDX等分析手段，进一步证明了HKUST-1已经存在于复合材料中。通过对不同的Cu(Ac)2用量、吸附时间、反应时间、反应温度等条件下制备得到的复合材料的沉积率、抗张强度、抑菌性能等方面进行检测，证明了所有因素中Cu(Ac)2用量的影响最显著，且当其用量达到3mmol时，沉积率及抑菌性能达到最佳值，而复合材料强度则为最小值;反应温度对复合材料有一定的影响，而吸附时间、反应时间对复合材料几乎无影响，最终得出复合材料的最佳制备条件:H3BTC用量为2mmol，Cu(Ac)2用量为3mmol，反应吸附为10min，反应时间为5min，反应温度为25℃。针对复合材料抑菌性能的研究则表明，复合材料能够有效地抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，而纸浆纤维、H3BTC不能有效地抑菌，最终证明了其抑菌性的来源为HKUST-1中的Cu2+。
　　在ZIF-8/纸浆纤维复合材料的研究中，以Zn2+作为金属离子，以经过一定量的NaOH脱质子化的2-甲基咪唑作为有机配位体，完全在浆水体系中生成锌系金属有机骨架材料—ZIF-8。SEM检测结果表明ZIF-8是以纳米颗粒的形式均匀分散在纤维表面。而EDX、XRD及FTIR的分析也进一步证明了复合材料中ZIF-8的存在。而针对NaOH用量、Zn(Ac)2用量、吸附时间、反应时间、反应温度对复合材料的性能影响的探究则表明，当NaOH用量为4mmol时，2-甲基咪唑完全脱质子化，此时沉积率及抑菌性能均为最佳值，而复合材料的抗张强度则最差;Zn(Ac)2作为反应物对复合材料的各项性能影响明显，且当其为2mmol时综合表现最佳;反应温度的影响相对较弱，而吸附时间和反应时间几乎没有影响，最终得出该复合材料的最佳制备工艺为NaOH用量为4mmol，2-甲基咪唑用量为4mmol，Zn(Ac)2用量为2mmol，反应吸附为10min，反应时间为10min，反应温度为25℃。针对复合材料抑菌性能的研究则表明，复合材料能有效的抑制两种实验菌种的生长，而纸浆纤维及脱质了化的2-甲基咪唑不能实王见抑菌的目的，而复合材料抑菌性能的来源为ZIF-8中含量较为丰富的Zn2+。
　　本文对比了两种复合材料在制备工艺及性能方面的差异，结果表明ZIF-8/纸浆纤维复合材料在工艺可实现性、沉积效率、抑菌性能等方面更具优势。

目录

摘要

1 绪论

1．1 抗菌纸

1．1．1 抗菌纸的概念

1．1．2 抗菌剂的类别及抗菌纸的制备工艺

1．1．3 国内外抗菌纸的研究现状

1．2 金属有机骨架材料

1．2．1 金属有机骨架材料的概念

1．2．2 金属有机骨架材料的分类

1．2．3 国内外金属有机骨架材料的研究现状

1．3 研究的目的、意义及内容

1．3．1 研究的目的及意义

1．3．2 研究的内容

2 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的制备及其抑菌性能

2．1 实验药品及仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料的制备

2．2．2 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的制备

2．2．3 HKUST-1／纤维复合材料的表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的SEM和EDX的分析

2．3．2 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的ART-FTIR分析

2．3．3 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的XRD分析

2．3．4 HKUST-1／纸浆纤维复合材料上沉积率、强度及抑菌性能的分析

2．3．5 HKUST-1／纸浆纤维复合材料的抑菌性能的分析

2．4 本章小结

3 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的制备及其抑菌性能

3．1 实验药品及仪器

3．1．1 实验药品

3．1．2 实验仪器

3．2 实验方法

3．2．1 实验原料的制备

3．2．2 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的制备

3．2．3 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的SEM和EDX的分析

3．3．2 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的ART-FTIR分析

3．3．3 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的XRD分析

3．3．4 ZIF-8／纸浆纤维复合材料沉积率和材料强度的分析

3．3．5 ZIF-8／纸浆纤维复合材料的抑菌性能的分析

3．4 HKUST-1／纸浆纤维复合材料与ZIF-8／纸浆纤维复合材料的对比

3．4．1 制备工艺的比较

3．4．2 复合材料性能的比较

3．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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