【摘 要】
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随着养殖技术的发展和全球渔业资源的衰退,来自于水产养殖业的可食用水产品已超过三分之二。源自水产养殖业的渔业产品在各级粮食安全和营养战略中扮演了中坚角色。然而,生物污损是当前水产养殖业经济损失的重要因素,涂装防污涂料是污损防除最经济有效的途径。制备一种具备优异防污性能和机械性能,同时符合养殖业环保要求的防污材料依然存在诸多挑战。本研究围绕水产养殖设施与设备生物污损问题,通过分子设计、组分调控,制备了
【基金项目】
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宁波市“科技创新2025”重大专项FRC“动态表面”长效防腐防污新材料开发与应用研究（2020Z053）；
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随着养殖技术的发展和全球渔业资源的衰退,来自于水产养殖业的可食用水产品已超过三分之二。源自水产养殖业的渔业产品在各级粮食安全和营养战略中扮演了中坚角色。然而,生物污损是当前水产养殖业经济损失的重要因素,涂装防污涂料是污损防除最经济有效的途径。制备一种具备优异防污性能和机械性能,同时符合养殖业环保要求的防污材料依然存在诸多挑战。本研究围绕水产养殖设施与设备生物污损问题,通过分子设计、组分调控,制备了一类以生物基环氧有机硅为主体的环保型高效防污涂料,同时以生物基来源的呋喃衍生物为分子骨架,通过仿生设计制备了一类生物基环保型防污剂,并通过对制备的防污材料进行了对生态环境影响的评估,筛选出了几种高效、环境友好型的防污材料。拟解决常规低表面能防污树脂力学性能、静水防污性能不足,与基体结合力弱以及传统防污剂对非目标生物高毒性、高残留的问题,减轻海洋污损对水产养殖业带来的危害提供解决途径。本研究选择生物基来源的丁香酚作为主要原料,制备了生物基环氧有机硅树脂,并以其作为主要的疏水网络。通过在其中引入亲水性聚合物第二网络,构筑了一类具有由疏水性和亲水性互穿聚合物网络结构的两亲性涂层。制备的两亲性涂层解决了传统有机硅涂层力学性能差、与基体结合力弱以及静水防污效果不佳的问题。其中与基体结合力达到了最高等级5B,断裂强度达到1.23 MPa,对蛋白质、细菌、微藻均有优异的抗粘附效果,在为期40天的实海挂板试验中,几乎没有污损生物的粘附。本研究选择生物基来源的呋喃衍生物,通过分子仿生设计了一类环保高效的呋喃及其铜（II）配合物防污剂。解决了传统防污剂对非目标生物高毒性、高残留的问题。其中E型2,5-呋喃二甲醛肟铜（II）配合物防污效果最佳。3.5ppm时,对大肠杆菌（Escherichia coli）和副溶血性弧菌（Vibrio Parahemolyticus）即有100%的杀菌率,防污效果优于同浓度的氯化铜。而其生态毒性仅为铜离子（II）、汞离子（I）和苯并芘的10.86%、7.24%、4.83%。含其10 wt.%的涂层,在90天的实海挂板试验中几乎没有污损生物的粘附。对制备的两类防污材料对养殖环境物理、化学和生物三方面的影响评估显示,制备的生物基环氧有机硅涂层能够有效的提升水体的流速,相较于对照提高了54.5%,同时也能对水体的混合起到明显的促进效果。涂层中纳米银的稳定释放速率为0.046μg/cm~2/d,其对海洋生态环境不构成危害。制备的生物基环保型高效防污剂同样对水体提速和混匀度有显著的提升效果。同时,在海水环境中E-2,5-呋喃二甲醛肟具有最优的稳定性,半衰期为77.1天,曝气条件下在自然海水中7天的降解量仅有12.23 wt.%,同时其对于海水中的单胞藻类和细菌的生长具有较强的抑制作用,尤其是对于单胞藻类,在12天试验结束后,仍没有恢复的迹象。而E-2,5-呋喃二甲醛肟铜（II）配合物7天的降解量达到了32.23%,半衰期为12.4天,其中细菌和浮游植物对其的降解影响最大。E-2,5-呋喃二甲醛肟铜（II）配合物对单胞藻和细菌的毒性较低,特别是单胞藻,在12天试验结束后,单胞藻的丰度恢复了43%。
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