壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备、空气过滤性能及仿生矿化研究

摘要

壳聚糖（CS）具有生物相容性好、可生物降解、抗菌和吸附等优良的特性，被广泛应用于食品、医药、材料和环保等领域。由于壳聚糖强度低、易溶胀，作为功能纤维的应用受到限制，同时壳聚糖溶解度低、溶解后粘度高且呈阳离子聚电解质的特点，使其很难电纺成纤。将壳聚糖与易成纤聚合物混纺，是改善壳聚糖可纺性和机械性的有效途径，本文将壳聚糖与聚乙烯醇共混，采用静电纺丝法制备了CS/PVA纳米纤维膜，研究了纳米纤维膜的空气过滤性能及CaCO3在其表面的矿化行为。
　　论文第一部分研究了静电纺丝法制备CS/PVA纳米纤维膜的调控规律。系统考察了溶剂中乙酸浓度、CS/PVA质量比、CS/PVA浓度、电极距离、电压和物料速度对静电纺丝纤维形貌和直径的影响。结果表明，CS/PVA质量比和浓度对纤维形貌和直径的影响最大，规整纳米纤维膜的较佳制备条件为：溶剂中乙酸浓度为90wt％，CS/PVA质量比为1:1，CS/PVA浓度为8.0wt%，电极距离为12cm，电压为24kv，物料速度为0.1mL/h。
　　论文第二部分研究了CS/PVA纳米纤维膜的空气过滤性能。考察了CS/PVA纳米纤维膜的厚度、纤维直径、复合层数及气体流量对纳米纤维膜过滤0.26μm NaCl气溶胶的影响。结果表明，单层纳米纤维膜的过滤效率和压降随厚度的增加分别呈指数和线性增大，在厚度为65.0μm时过滤效率和压降分别为98.68%和813.30Pa（气体流速为10.8m/min）；厚度为65.0μm的单层纳米纤维膜，纤维直径越小，过滤效率越高，压降越大，品质因数在纤维直径为173nm时最大；采用多层纳米纤维膜复合的方式，能够有效提高纳米纤维膜过的滤性能，对4层总厚度为65.0μm的纳米纤维膜，过滤效率和单层65.0μm厚的纳米纤维膜接近，压降却降低了近200Pa（气体流速为10.8m/min）；厚度为65.0μm的单层纳米纤维膜，气体流速从10.8m/min减小到4.05m/min，过滤效率从98.68%增加到99.98%，压降从813.30Pa减小至321.50Pa。
　　论文第三部分采用交替浸渍法和电纺前躯体溶液法制备了CS/PVA/CaCO3杂化纳米纤维膜。主要考察了循环次数和前躯体溶液中CaCl2浓度对纳米纤维膜表面生成的碳酸钙晶体尺寸和晶型的影响。结果表明：通过改变循环次数能够在纳米纤维膜表面方便、快速地生成不同晶型和尺寸的CaCO3粒子；而前躯体溶液法仅能生成方解石型CaCO3粒子。

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第一章 文献综述

1.1 静电纺丝

1.2 纤维滤材

1.3 仿生矿化简介

1.4 课题研究目的及内容

第二章 壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的空气过滤性能

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的仿生矿化

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢