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北京工商大学田华峰副教授与华盛顿州立大学仲伟虹教授、王宇博士:疏水性天然蛋白质纳米纤维用于多功能空气过滤材料
2018-03-12 来源:中国流变网    点击次数:441次    

  空气污染物中的颗粒物、有毒气体等能严重影响人类的身体健康并引起社会公众的广泛关注。鉴于现有空气过滤材料如PP、PE、玻璃纤维的不可降解性,蛋白质类纳米纤维,如大豆蛋白质、胶原蛋白等纳米纤维材料,在表现出良好过滤效果的同时保持了优良的环境友好特性。然而,此类蛋白质纳米纤维较弱的力学性能和较强的亲水行为限制了其广泛应用。

  近期,在前期研究大豆蛋白质和胶原蛋白质纳米纤维的基础上( ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20023–20031;RSC Adv. 2016, 6, 105948–105956),华盛顿州立大学仲伟虹教授课题组选用一种疏水性天然蛋白质——醇溶玉米蛋白,采用绿色环保性溶剂,并通过加入少量PEO作为纺丝助剂静电纺丝得到一种纤维直径可调、制备过程绿色环保、过滤效果优良的空气过滤材料。

  作为一种醇溶谷蛋白,与其他天然动植物蛋白质相比,玉米蛋白质含有更多的非极性氨基酸残基如脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸等。特别是玉米蛋白表面含有超过50%的疏水性区域。纯的玉米蛋白质纺丝性能较差,加入聚氧化乙烯PEO作为共纺丝剂,可调节电纺丝纳米毡的可纺性和力学性能。该纳米纤维与纸张基底具有良好的粘合能力。与胶原蛋白质纳米纤维相比,玉米蛋白纳米纤维具有优良的力学性能,经过数轮折叠展开后,仍能保持与基底良好的粘合性并保持其外形完整性。他们所制备的玉米蛋白纳米纤维对PM0.3至10μm的过滤效率极高,即:大于99.6%,特别对于PM2.5-10去除效率几乎达到100%。在经过长达90min的连续过滤测试后,PM2.5的去除效率仍然可达99.98%。同时,玉米蛋白质纤维对有毒气体如CO和HCHO也表现出较高的去除效果。

  最令人瞩目的是,此类玉米蛋白质纤维在湿度高达90%的环境下扔保持优良的过滤效果,颗粒物过滤效率达95%以上。与此同时,纳米纤维毡保持了良好的外形完整性。扫描电镜下,纳米纤维尽管出现了溶胀,其纳米纤维结构仍良好的保存。而对比试验所用的胶原蛋白纳米纤维,在高湿度环境下外形结构迅速被破坏,纳米结构消失。

  该研究利用天然玉米醇溶蛋白质的疏水性和环境友好性能,通过静电纺丝开发多功能绿色空气过滤材料,为制备高湿度下空气过滤材料提供了新思路。文章发表在杂志Nano Research上,文章第一作者为北京工商大学田华峰副教授,共同通讯作者为华盛顿州立大学仲伟虹教授和王宇博士

  论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-018-2013-0

 
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