【摘 要】
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随着全球工业化的快速发展,空气污染已成为威胁公众健康和造成环境污染的最严重诱因之一。空气污染物除了颗粒物（particulate matters,PMs）外,还有多种化学气体和有害微生物等。目前减少空气污染的重要手段之一是使用高效的空气净化器,这就要求净化器能够在低阻力下有效捕获空气中的各种污染物。传统的空气净化器使用结束后不易生物降解,存在二次污染问题。近年来,国内外研究发现再生蛋白纳米纤维膜过
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随着全球工业化的快速发展,空气污染已成为威胁公众健康和造成环境污染的最严重诱因之一。空气污染物除了颗粒物（particulate matters,PMs）外,还有多种化学气体和有害微生物等。目前减少空气污染的重要手段之一是使用高效的空气净化器,这就要求净化器能够在低阻力下有效捕获空气中的各种污染物。传统的空气净化器使用结束后不易生物降解,存在二次污染问题。近年来,国内外研究发现再生蛋白纳米纤维膜过滤材料不仅可以有效滤除微细颗粒物,其官能团可以吸附并且降解空气中有害气体。但纳米纤维膜中的蛋白纳米纤维之间堆砌较为紧密,过滤时滤阻较高。因此,研发一种绿色、高效、低阻的多功能空气净化器至关重要。拥有出色比表面积和官能团的多孔材料ZIF-8（沸石咪唑骨架-8）,在空气净化方面显示出巨大的潜力。玉米蛋白作为榨油的副产品,是一类来源丰富、分子量高、具有再生水稳定性、耐温性的低成本绿色高交联大分子材料。三维蓬松结构因其大的孔隙率应用于空气过滤可以实现低气流阻力和高容尘量。为此,本课题通过双溶剂静电纺丝和溶剂熏蒸焊接的两步法对玉米蛋白空气过滤材料进行表面性能和结构的协同调控,利用ZIF-8改性的自转曲玉米蛋白微纳米纤维,制备了具有可控多级结构的绿色、坚固的3D非织造材料,研究了其在PM过滤、甲醛去除和抗菌领域的应用前景。具体的研究内容如下:（1）纺丝液溶剂配比调控纤维形貌的研究:将玉米蛋白溶于乙醇和水的混合溶剂中进行纺丝,研究纤维形貌受到静电纺过程中纺丝液溶剂配比的影响,以制备蓬松结构的非织造材料。再进一步分析材料形貌结构对其疏水能力和机械性能的影响。（2）电纺工艺参数选择:选取正交试验（三因素三水平）进行对电压、接收距离以及纺丝液推进速度这三个纺丝工艺参数的选择,将最小非织造材料平均孔径作为参考指标。（3）混纺负载ZIF-8的研究:将制备得到的ZIF-8颗粒与玉米蛋白溶液混合纺丝,探究ZIF-8颗粒的加入对静电纺丝纤维形貌结构和性能的影响。试验表明:当ZIF-8质量为溶质质量的10%时,纤维平均宽度最小,此时材料孔隙率为85.73%。ZIF-8的加入对玉米蛋白非织造材料的热分解动力学没有明显影响,会使材料的拉伸强度增大,疏水性能提升,吸附能力增强。（4）负载ZIF-8的玉米蛋白非织造材料的溶剂熏蒸处理:对混纺制得的非织造材料进行溶剂熏蒸处理,探究溶剂熏蒸焊接对非织造材料形貌和性能的影响。当熏蒸2h时,可以实现ZIF-8颗粒的暴露和纤维间的点粘合。熏蒸处理提高了材料的力学性能,其断裂强度和伸长率均增大;熏蒸也提高了材料的吸附能力,其比表面积和孔体积进一步增大。（5）ZIF-8暴露的玉米蛋白空气过滤材料在空气净化领域的应用:通过双溶剂静电纺丝和溶剂熏蒸交联的两步法可以尽可能地暴露玉米蛋白上的官能团和ZIF-8颗粒,发挥两者的协同作用,由此制得的过滤材料实现了“高效低阻”,同时具有出色的甲醛去除能力和光催化灭菌性能,为空气净化行业的可持续性提供了新的见解。
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