【摘 要】
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空气中的颗粒污染物是造成空气污染的主要原因,威胁着公众健康和生态环境。世界各地对空气质量的要求越来越严格。然而,传统的基于石油的合成高分子纤维过滤材料由于其不可降解的特性,可能会对环境造成二次污染。因此,研究生物可降解空气过滤材料意义重大。本文利用静电纺丝技术将玉米醇溶蛋白（zein）纤维负载在商用纤维素纸巾上制备了一种生物可降解zein空气过滤器。首先研究了纤维素纸巾作为基底材料的可行性,并探索
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空气中的颗粒污染物是造成空气污染的主要原因,威胁着公众健康和生态环境。世界各地对空气质量的要求越来越严格。然而,传统的基于石油的合成高分子纤维过滤材料由于其不可降解的特性,可能会对环境造成二次污染。因此,研究生物可降解空气过滤材料意义重大。本文利用静电纺丝技术将玉米醇溶蛋白（zein）纤维负载在商用纤维素纸巾上制备了一种生物可降解zein空气过滤器。首先研究了纤维素纸巾作为基底材料的可行性,并探索了混合溶剂乙醇/水（EtOH/DI）的质量比对过滤器的形貌结构和性能的影响,分析了不同zein纤维形貌的形成机理。在此基础上,针对zein纤维力学性能差的缺点,引入乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）,并研究了 EVOH与zein的分布结构对过滤器性能的影响。主要内容如下:（1）静电纺zein纤维力学性能差,难以单独使用于空气过滤中,故通常需要负载zein纤维的基底材料。本文首先研究了商用纤维素纸巾作为基底材料的性能需求,具体包括形貌、孔隙率、孔径分布和空气过滤等。作为生物可降解的三维多孔结构材料,纤维素纸巾具有85.17%的高孔隙率和49.549μm的平均孔径,且空气过滤效率和压降分别为5.3%和6.1 Pa。此外,zein与纤维素纸巾间具有相互作用,会产生氢键,使它们之间粘连性较强。故纤维素纸巾在不影响过滤器整体过滤性能的基础上表现出极好的机械支撑能力,是作为过滤基材的良好选择。（2）通过调控混合溶剂乙醇/水（EtOH/DI）的质量比,成功制备了不同形貌zein纤维（圆形或扁平带状）空气过滤器。其形貌差异可能归因于以下两点:a、EtOH的高挥发性所造成的zein射流内外部溶剂挥发速率差;b、zein在不同浓度乙醇中的溶解度差异。从空气过滤性能上看,扁平带状zein纤维空气过滤器的性能远远高于圆形zein纤维过滤器,其去除PM0.3的过滤效率高达99%,压降低至109 Pa。且在多次重复过滤、不同空气流速或不同环境湿度下仍保持稳定的过滤性能。此外,该过滤器在纤维素酶溶液中42小时后完全降解,在自然土壤掩埋下14天后降解明显,表现出极佳的生物降解性能。最后,该zein过滤器在油水分离应用中也表现出一定潜能。（3）为改善zein纤维的力学性能,利用静电纺丝技术将EVOH与zein共混制备EVOH/zein复合空气过滤器,并研究EVOH的加入对过滤器性能的影响。对比发现,纯zein过滤器具有0.16 MPa超低应力和12%低应变,而EVOH/zein复合空气过滤器的力学性能明显改善,达到0.6MPa应力和55%应变。此外,EVOH的加入提高了过滤器的疏水性,这有利于过滤器在潮湿环境中的使用。最后,研究了 EVOH与zein纤维的分布结构对过滤器的空气过滤性能和力学性的影响。从空气过滤性能方面,EVOH纤维与zein纤维的交错分布更有利于获得较低压降;从力学性能方面,EVOH纤维和zein纤维的上下层分布结构对过滤器的应变具有更大的优势,而交错分布结构对过滤器的应力更有利。
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