【摘 要】
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海洋中的动物、植物和微生物在海洋设施表面附着会导致航船速度减慢,燃料消耗增大、生物腐蚀加剧等一系列危害,采取有效的措施防止或抑制海洋生物污损的发生尤为重要。杀生防污剂纳米铜氧化物易絮聚、毒性高、难回用,污损抑制水凝胶广谱防污性和环境持久性差。将纳米铜氧化物引入纤维素水凝胶网络,不仅可以解决单一材料在海洋防污实际应用中存在的缺陷,还可将杀生防污策略和污损抑制策略相结合,实现“1+1＞2”的防污效果。
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海洋中的动物、植物和微生物在海洋设施表面附着会导致航船速度减慢,燃料消耗增大、生物腐蚀加剧等一系列危害,采取有效的措施防止或抑制海洋生物污损的发生尤为重要。杀生防污剂纳米铜氧化物易絮聚、毒性高、难回用,污损抑制水凝胶广谱防污性和环境持久性差。将纳米铜氧化物引入纤维素水凝胶网络,不仅可以解决单一材料在海洋防污实际应用中存在的缺陷,还可将杀生防污策略和污损抑制策略相结合,实现“1+1＞2”的防污效果。本课题通过物理共混、原位合成、原位沉积三种方式,设计制备出一系列具备协同防污性能的纳米复合水凝胶,并探讨将其应用于海洋生物防污的可能性。研究取得以下成果:1、通过物理共混方式,将氧化铜（CuO）纳米片作为功能组分,纳米纤维素（CNF）作为增强组分,共同引入纤维素水凝胶网络,赋予纤维素水凝胶广谱防污性和环境耐久性。研究表明:纳米复合水凝胶的抗菌效率和细胞毒性随CuO纳米片添加量的增加而增大。CNF弥补了物理共混方式对纳米复合水凝胶的力学性能的削弱作用,CCC-5.00%的最大抗压强度仍是纯纤维素水凝胶的2.06倍。此外,物理共混方式存在纳米粒子负载量低、分布不均和团聚严重等问题。2、通过原位合成方式,以水凝胶骨架为微反应器,纤维素基体为稳定剂,单宁酸为辅助剂,将负载量高、分布均匀和化学性质稳定的氧化亚铜@单宁酸（Cu2O@TA）纳米粒子引入纤维素水凝胶网络,赋予纤维素水凝胶广谱防污性和环境耐久性。研究表明:纳米复合水凝胶的抗菌效率、细胞毒性和力学性能随前驱体浓度的增加而增大。但Cu2O@TA纳米粒子受纤维素水凝胶包覆作用的影响,杀生防污效果不显著。此外,再溶胀过程对纤维素水凝胶的污损抑制性能有所削弱。3、通过原位沉积方式,以纤维素水凝胶中的Na OH作为沉淀剂和粘合剂,在非粘附性纤维素水凝胶表面均匀且致密地负载Cu2O@CuO纳米粒子,赋予纤维素水凝胶广谱防污性和环境耐久性。研究表明:纳米复合水凝胶的抗菌效率和力学性能随前驱体沉积量的增加而增大,其中CCH-5的抗菌效率达100%。随着Cu2O@CuO纳米颗粒层的水解,纤维素水凝胶发挥污损抑制性能,具备水下超疏油性且蛋白质吸附量和小球藻附着率均较疏水表面显著降低。
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