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广东工业大学汤亚东:P/PG/PG-ε-PL可生物降解三层纤维膜的制备及其高效过滤、定向水分传输和抗菌特性

学术动态    2022-07-07 17:04

DOI: 10.1016/j.cej.2022.137518

 

颗粒物(PMs)污染和细菌严重危害人类健康,纤维过滤器在拦截PMs和细菌方面显示出巨大的潜力。然而,开发一种具有高效过滤、抗菌、定向水分传输和可生物降解等多种功能的新型呼吸器材料仍然具有一定的挑战。在此,研究人员通过依次静电纺丝聚(ε-己内酯)(PCL)纤维膜、PCL/明胶纤维膜和PCL/明胶/ε-聚赖氨酸(ε-PL)纤维膜制备了具有分层结构的多功能空气过滤膜。制备的三层纤维膜表现出较高的PM过滤效率和较低的压降。此外,由于掺入了ε-PL,该纤维膜显示出优异的抗菌活性。此外,三层纤维膜通过疏水性纤维层和亲水性纤维层的结合提供了定向的水传输性能,从而提高了佩戴者的舒适度。重要的是,得益于PCL、明胶和ε-PL的可生物降解特性,制备的纤维膜是可生物降解的,可以减少对环境的负担。综上所述,所制备的三层纤维膜不仅显示出作为高效、抗菌、吸湿排汗和可生物降解的空气过滤膜的潜力,而且为设计多功能口罩提供了一种通用策略。

 

图1.纤维膜制备工艺及其在PM过滤、抗菌和定向输水中的应用示意图。

 

图2.单个纤维层的形态和直径分布。(a1、a2和a3)PCL层;(b1、b2和b3)PCL/明胶层;(c1、c2和c3)PCL/明胶/ε-PL层。

 

图3.(a)单个纤维层的FTIR光谱;(b)甲基橙溶液与单个纤维层反应后的紫外吸收曲线。

 

图4.集成纤维膜的特性。(a)P/PG/PG-ε-PL纤维膜的照片;(b)从PCL侧观察到的P/PG/PG-ε-PL纤维膜的SEM图像;(c)从PCL/明胶/ε-PL侧观察到的P/PG/PG-ε-PL纤维膜的SEM图像;(d)P/PG/PG-ε-PL纤维膜的横截面SEM图像。

 

图5.(a)空气过滤装置示意图;(b)集成纤维膜的空气过滤性能:(b1)过滤效率;(b2)压降;(b3)品质因数。

 

图6.空气过滤前后P/PG/PG-ε-PL纤维膜的SEM照片。(a)顶面(从PCL/明胶/ε-PL侧观察);(b)底面(从PCL侧观察)。

 

图7.集成纤维膜的抗菌活性。(a)琼脂板上的菌落照片;(b)细菌悬浮液浓度。

 

图8.集成纤维膜的水接触角。(a)水接触角图像;(b)水接触角的变化曲线。

 

图9.集成纤维膜上的水传输过程。(a)水扩散行为的图像;(b)水扩散直径。

 

图10.P/PG/PG-ε-PL纤维膜的生物降解性能。(a)P/PG/PG-ε-PL纤维膜的酶降解图像;(b)P/PG/PG-ε-PL纤维膜的重量损失。