【摘要】：目前,環(huán)境污染已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)重,空氣污染更甚,霧霾帶來(lái)的危害已引起全世界的關(guān)注,而最有效的空氣凈化方法則是過(guò)濾,因此空氣過(guò)濾材料的研究和開(kāi)發(fā)更是成為了研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)的空氣過(guò)濾材料僅對(duì)粒徑大于0.3μm的顆粒才能具有有效的過(guò)濾,對(duì)粒徑比較小的顆粒及病原體則幾乎無(wú)效。在纖維濾材的制備方面,靜電紡絲技術(shù)已引起了廣泛關(guān)注。用靜電紡絲技術(shù)制備的纖維具有直徑小、孔徑小、孔隙率高、纖維均一性好等優(yōu)點(diǎn),使其在過(guò)濾及防護(hù)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。本文將石墨烯加入到靜電紡納米膜中,使其具有良好過(guò)濾效果的同時(shí),還能具有石墨烯的一定性能。首先,利用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯(GO),并用抗壞血酸作為還原劑制備出還原性氧化石墨烯(rGO),通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了石墨烯/聚丙烯腈(石墨烯/PAN)納米復(fù)合膜。并采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、傅立葉紅外光譜、X射線衍射、熱重分析對(duì)制備的氧化石墨烯和還原性氧化石墨烯的形態(tài)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征以及熱學(xué)性能測(cè)試。確定成功制備出了GO和rGO,為其在過(guò)濾及抑菌方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。其次,將制備出的石墨烯混合在聚丙烯腈紡絲液中,紡制出了含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)GO的PAN納米膜以及含有一定量rGO的PAN納米膜,并測(cè)量了紡絲液的粘度和電導(dǎo)率,同時(shí)對(duì)納米膜進(jìn)行了SEM、孔徑、厚度、過(guò)濾等性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:石墨烯對(duì)紡絲液的粘度和電導(dǎo)率影響不顯著;石墨烯的加入會(huì)影響PAN納米纖維的成纖性能,GO的添加量為0.3 wt%時(shí),GO/PAN納米膜的成纖性以及過(guò)濾性能最好;GO和rGO添加量均為0.3 wt%時(shí),GO/PAN納米膜的成纖性更好,納米纖維更細(xì),分布更加均勻,其過(guò)濾性能也最好,孔徑尺寸分布在1.3~1.7μm之間。而且納米膜的過(guò)濾效率隨著其氣流量的增加而減小。再次,對(duì)含有不同GO的PAN納米膜以及含有一定量的rGO的PAN納米膜進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:GO加入后,PAN納米膜纖維的拉伸性能增加,當(dāng)添加量為0.3 wt%時(shí),PAN納米纖維的斷裂強(qiáng)度提高了42.42%,斷裂伸長(zhǎng)率提高了32.5%。但加入的GO過(guò)多時(shí),又會(huì)降低纖維的拉伸性能。GO和rGO添加量均為0.3 wt%時(shí),GO/PAN納米復(fù)合材料比rGO/PAN納米復(fù)合材料的拉伸性能更好,而rGO/PAN納米復(fù)合材料比PAN納米材料拉伸性能差。最后,當(dāng)GO和rGO的添加量為0.3 wt%時(shí),對(duì)rGO/PAN和GO/PAN復(fù)合材料的抑菌性能進(jìn)行了定性測(cè)試和定量測(cè)試。定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:rGO/PAN和GO/PAN復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果有限。定量測(cè)試結(jié)果表明:GO/PAN和rGO/PAN復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌的抑菌率分別為32.4%和40.5%,金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為45.8%和56.7%;還原性石墨烯比氧化石墨烯的抑菌效果更好。
[Abstract]:At present, the environmental pollution has become more and more serious, and the air pollution is even more serious. The harm brought by haze has attracted the attention of the whole world, and the most effective air purification method is filtration. Therefore, the research and development of air filtration materials has become the focus of research. The traditional air filtration materials can only be effective for particles larger than 0.3 渭 m in diameter, but almost ineffective for smaller particles and pathogens. In the preparation of fiber filter materials, electrostatic spinning technology has attracted wide attention. The fiber prepared by electrostatic spinning has the advantages of small diameter, high porosity and good homogeneity, which makes it have a great application prospect in the field of filtration and protection. In this paper, graphene was added into electrospun nanofilm to make it have good filtration effect and some properties of graphene. Firstly, graphene oxide (GO), was prepared by modified Hummers method and reduced graphene oxide (rGO), was prepared by ascorbic acid as reducing agent. Graphene / polyacrylonitrile (graphene / pan) nanocomposite films were prepared by electrospinning technique. The morphology and structure of graphene oxide and reductive graphene were characterized by field emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Go and rGOwere successfully prepared, which laid a foundation for their application in filtration and bacteriostasis. Secondly, the graphene was mixed in the polyacrylonitrile spinning solution. The PAN nanofilm containing different mass fraction go and the PAN nanofilm containing a certain amount of rGO were prepared. The viscosity and conductivity of the spinning solution were measured. At the same time, SEM, pore size, thickness, filtration and other properties of nanofilm were tested. The experimental results show that graphene has no significant effect on the viscosity and conductivity of spinning solution. The addition of graphene will affect the fiber forming properties of PAN nanofibers. When the addition amount of go is 0.3 wt%, the fibrillability of goo / pan nanofilm is better and the filterability is the best when the content of go and rGO is 0.3 wt%, and the fibrillability of goo / pan nanofilm is better and the nanofilament is finer when the addition amount of go and rGO is 0.3 wt%. The distribution is more uniform, and the filtration performance is the best. The pore size distribution is between 1.3 渭 m and 1.7 渭 m. Moreover, the filtration efficiency of nanofilm decreases with the increase of gas flow rate. Thirdly, the tensile properties of PAN nanofilms with different go and PAN films with a certain amount of rGO were tested. The results showed that the tensile properties of pan nanofibers increased with the addition of% go. The breaking strength of pan nanofibers increased by 42.42 and the elongation at break increased by 32.5% when the addition amount was 0.3 wt%. However, when the addition of go was too much, the tensile properties of fiber. Go and rGO were both 0.3 wt% and the tensile properties of rGO/PAN / pan nanocomposites were better than those of rGO/PAN nanocomposites, while the tensile properties of rGO/PAN nanocomposites were worse than those of PAN nanocomposites. Finally, when the addition of go and rGO was 0.3 wt%, the antibacterial properties of rGO/PAN and GO/PAN composites were tested qualitatively and quantitatively. The qualitative results showed that the bacteriostatic effect of GO/PAN / rGOP / pan composites on Escherichia coli and Staphylococcus aureus was limited. The results of quantitative test showed that the bacteriostatic rates of the two composites were 32.4% and 40.5%, those of Staphylococcus aureus were 45.8% and 56.7%, respectively, and that of reducing graphene was better than that of graphene oxide.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ051.893

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本文編號(hào)：2198737