【摘 要】
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近年来,新冠疫情的常态化和空气污染形式的不断加剧,口罩作为最有效的防护方法,已经成为人类日常生活中的必需品。然而,大量的废弃口罩由于不可降解以及处理不当等因素,严重危害到海洋及陆地生态环境。此外,市面上的口罩主要依靠驻极熔喷非织造空气滤材的静电吸附作用来去除空气中悬浮的微小颗粒物,存在过滤性能不稳定,有效使用时间短等问题。为此,本课题基于聚乳酸材料开发具有可生物降解的高效低阻纳米纤维口罩滤芯,主要
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近年来,新冠疫情的常态化和空气污染形式的不断加剧,口罩作为最有效的防护方法,已经成为人类日常生活中的必需品。然而,大量的废弃口罩由于不可降解以及处理不当等因素,严重危害到海洋及陆地生态环境。此外,市面上的口罩主要依靠驻极熔喷非织造空气滤材的静电吸附作用来去除空气中悬浮的微小颗粒物,存在过滤性能不稳定,有效使用时间短等问题。为此,本课题基于聚乳酸材料开发具有可生物降解的高效低阻纳米纤维口罩滤芯,主要研究工作及成果如下:（1）本课题以可降解聚乳酸（PLA）为原料,利用静电纺丝工艺,选用碳酸二甲酯（DMC）作为PLA的良溶剂,替换常规静电纺聚乳酸工艺中的高挥发性二氯甲烷、三氯甲烷等溶剂,与二甲基甲酰胺（DMF）形成二元共混体系,改善纺丝液易挥发、电导率低、可纺性差等问题。结果表明:当PLA浓度为11 wt%,溶剂DMC/DMF配比为7/3（v/v）时,制备出无串珠结构平均直径在187±16 nm的粗细均匀形貌良好的PLA纳米纤维,其纤维膜平均孔径为2.56μm,孔隙率为88.9%,滤效为99.46%,阻力仅为81 Pa。（2）为进一步提升PLA纳米纤维膜的过滤性能,通过引入超细PLA纳米纤维构建并优化多尺度结构,制备出高效低阻的多尺度PLA纳米纤维滤材。结果表明,当PLA浓度为3%时,高电导率超稀纺丝液以雾状形式从泰勒锥喷出并最终形成超细纤维,纤维平均直径为37±4 nm。通过调控粗、细纳米纤维纺丝单元数量比优化PLA纤维膜的多尺度结构,当比例为3/3时,纤维膜平均孔径为0.73μm,孔隙率高达91.72%。利用超声波复合工艺,将其应用于口罩滤芯中,多尺度PLA纳米纤维膜在克重为0.91 g/m~2时,其对PM0.3的过滤效率为99.996%,压降阻力仅104 Pa。此外,在室外潮湿环境中（湿度90%）放置100 h,过滤效率仍>99.99%,同时具有良好地可重复使用性以及持久的PM2.5净化性能。（3）为解决长时间佩戴口罩过程中细菌滋生所产生的异味,本工作结合物理和化学改性的方法,将季铵盐类抗菌剂十二烷基二甲基苄基氯化铵（DDBAC）与纺丝液物理共混制备PLA支架纳米纤维膜,随后对纤维膜进行胺解氯化改性以引入卤胺结构,以抗菌改性后的PLA支架纳米纤维膜为基材接收超细纳米纤维,最终制备出具有抗菌性能的高效低阻多尺度PLA纳米纤维滤材。结果表明,对PLA支架纳米纤维膜胺解氯化改性后,其活性氯含量达68 ppm且具有活性氯可再生性能。当DDBAC含量为0.5 wt%,多尺度PLA纳米纤维膜在两种抗菌剂的协同作用下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌效果,分别为99.1%、99.2%,同时保持较高的过滤效率99.991%,阻力仅为107 Pa。
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