含有石墨烯的PAN纳米过滤膜的抑菌性及拉伸性能

摘要

目前，环境污染已经越来越严重，空气污染更甚，雾霾带来的危害已引起全世界的关注，而最有效的空气净化方法则是过滤，因此空气过滤材料的研究和开发更是成为了研究重点。传统的空气过滤材料仅对粒径大于0.3μm的颗粒才能具有有效的过滤，对粒径比较小的颗粒及病原体则几乎无效。在纤维滤材的制备方面，静电纺丝技术已引起了广泛关注。用静电纺丝技术制备的纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、纤维均一性好等优点，使其在过滤及防护等领域表现出巨大的应用前景。本文将石墨烯加入到静电纺纳米膜中，使其具有良好过滤效果的同时，还能具有石墨烯的一定性能。
　　首先，利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO），并用抗坏血酸作为还原剂制备出还原性氧化石墨烯（rGO），通过静电纺丝技术制备了石墨烯/聚丙烯腈（石墨烯/PAN）纳米复合膜。并采用场发射扫描电镜、傅立叶红外光谱、X射线衍射、热重分析对制备的氧化石墨烯和还原性氧化石墨烯的形态、结构进行表征以及热学性能测试。确定成功制备出了GO和rGO，为其在过滤及抑菌方面的应用奠定了基础。
　　其次，将制备出的石墨烯混合在聚丙烯腈纺丝液中，纺制出了含有不同质量分数GO的PAN纳米膜以及含有一定量rGO的PAN纳米膜，并测量了纺丝液的粘度和电导率，同时对纳米膜进行了SEM、孔径、厚度、过滤等性能测试。实验结果表明：石墨烯对纺丝液的粘度和电导率影响不显著；石墨烯的加入会影响PAN纳米纤维的成纤性能，GO的添加量为0.3 wt％时，GO/PAN纳米膜的成纤性以及过滤性能最好；GO和rGO添加量均为0.3 wt%时，GO/PAN纳米膜的成纤性更好，纳米纤维更细，分布更加均匀，其过滤性能也最好，孔径尺寸分布在1.3~1.7μm之间。而且纳米膜的过滤效率随着其气流量的增加而减小。
　　再次，对含有不同GO的PAN纳米膜以及含有一定量的rGO的PAN纳米膜进行拉伸性能测试。实验结果表明：GO加入后，PAN纳米膜纤维的拉伸性能增加，当添加量为0.3 wt%时，PAN纳米纤维的断裂强度提高了42.42%，断裂伸长率提高了32.5%。但加入的GO过多时，又会降低纤维的拉伸性能。GO和rGO添加量均为0.3 wt%时， GO/PAN纳米复合材料比rGO/PAN纳米复合材料的拉伸性能更好，而rGO/PAN纳米复合材料比PAN纳米材料拉伸性能差。
　　最后，当GO和rGO的添加量为0.3 wt%时，对rGO/PAN和GO/PAN复合材料的抑菌性能进行了定性测试和定量测试。定性实验结果表明：rGO/PAN和GO/PAN复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果有限。定量测试结果表明：GO/PAN和rGO/PAN复合材料对大肠杆菌的抑菌率分别为32.4%和40.5%，金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为45.8%和56.7%；还原性石墨烯比氧化石墨烯的抑菌效果更好。

目录

1绪 论

1.1 静电纺丝技术在气体过滤中的应用研究

1.2石墨烯的特性与研究进展

1.3本文的研究目的及内容

2石墨烯/PAN纳米膜的制备

2.1实验部分

2.2测试

2.3分析与讨论

2.4 总结

3石墨烯/PAN纳米膜的过滤性能

3.1实验部分

3.2测试

3.3分析与讨论

3.5总结

4石墨烯/PAN复合纳米纤维膜的拉伸性能

4.1实验部分

4.2测试

4.3分析与讨论

4.4 总结

5石墨烯/PAN复合纳米膜的抑菌性能

5.1实验部分

5.2测试

5.3分析与讨论

5.5总结

6总结与展望

6.1课题总结

6.2课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢