基于静电纺丝技术制备自组装多元复合纤维材料及其吸附/催化性能研究

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静电纺丝技术可简单有效地制备聚合物纤维。电纺纤维具有大比表面积和高孔隙率的特点,广泛应用于吸附、催化和过滤领域。同时,电纺纤维因其优异特性可作为纳米粒子的理想载体。本文通过自组装法和静电纺丝技术制备负载型纳米纤维材料应用于环境保护领域。以静电纺丝技术制备的纤维材料为载体,主要设计合成了三种负载型复合纤维材料,分别为金纳米粒子复合材料、钯纳米粒子复合材料、聚多巴胺纳米粒子复合材料,幷探究了这些负载型复合纤维材料对4-硝基苯酚、2-硝基苯胺的催化还原和染料的吸附性能。首先,制备具有高活性,良好的结构稳定性和循环利用性的聚己内酯(PCL)/聚环氧乙烷(PEO)@AuNPs三元复合纤维材料。通过静电纺丝获得的PCL/PEO复合纤维具有容易从接收板分离的特点。将电纺PCL/PEO纤维利用易操作的溶剂蒸气退火(SVA)方法处理,光滑的纤维表面产生了惊奇地褶皱状的纤维表面形貌。这使得电纺纤维显现出显著的高比表面积,较多活性位点的优势。NaBH4作为极好的还原剂还原HAuCl4来获得化学改性的PCL/PEO@AuNPs复合材料。利用金纳米粒子的良好的化学特性将PCL/PEO@AuNPs复合材料应用于对4-硝基苯酚和2-硝基苯胺溶液的催化还原,显示出了良好的催化活性和循环利用性。聚多巴胺(PDA)纳米粒子是一种具有优异的吸附能力的吸附剂。然而,纳米级吸附剂容易团聚而严重地受限于在吸附领域的应用。为了解决这一难题,将聚多巴胺原位氧化自聚合于溶剂蒸汽退火处理(SVA)后的聚己内脂(PCL)/聚环氧乙烷(PEO)静电纺丝纤维表面,从而成功设计和制备了PCL/PEO@PDA复合膜。聚多巴胺化学改性所得的PCL/PEO@PDA复合材料具有良好的比表面积,为应用于吸附有机染料分子提供了丰富的附着位点,表现出高效的吸附效率。此外,PCL/PEO@PDA复合材料作为吸附剂可再生和重复利用。最后,利用聚乙烯亚胺(PEI)良好的亲水性特点制备静电纺丝聚乙烯亚胺(PEI)/聚己内脂(PCL)复合纤维。调节PEI的浓度调控电纺PEI/PCL纤维的表面形貌,得到纤维表面呈凹坑的纤维。将PEI/PCL复合纤维进行PdNPs化学改性,得到PEI/PCL@PdNPs的复合材料,用于催化还原4-硝基苯酚和2-硝基苯胺溶液。实验表明该复合催化剂表现出极高效的催化能力和重复利用能力。
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