一種多功能生物濾膜及其的製備方法與流程

2023-06-11 01:07:51

背景技術：
：與較粗的大氣顆粒物相比，pm2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。目前，pm2.5汙染對人們的生活影響愈加嚴重，多發的霧霾天氣不僅影響了人們的出行和工作，更嚴重影響居民健康，因此，在空氣品質逐漸下降的情況下，pm2.5顆粒的過濾及截留變得越來越重要。我國pm2.5過濾材料產業基礎薄弱，產品結構單一，且產品價格昂貴，對pm2.5過濾材料產業發展構成嚴峻挑戰；隨著pm2.5汙染的高發性問題日益突出，對pm2.5過濾材料提出更高的市場化應用要求。因此，我國急需開發具有自主智慧財產權的pm2.5過濾材料，建立產業技術體系，降低成本，推廣產品的廣泛應用。殼聚糖(chitosan,cs)是甲殼素的脫乙酞基產物,是一種天然可生物降解的聚陽離子多糖。殼聚糖具有無毒、良好的生物相容性、可生物降解性等優點,在生物醫學及製藥等方面的應用極其廣泛。殼聚糖是自然界中唯一帶正電荷的高分子氨基多糖，具有抗菌、抑菌、吸附金屬離子等生物學功能，無毒副作用，並具有良好的成膜性和易化學改性性能，所有這些特點都賦予殼聚糖作為pm2.5過濾材料的優良性能。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種多功能生物濾膜及其的製備方法，同時還提供了該生物過濾膜片在pm2.5口罩及空氣淨化中的用途。本發明具體通過以下技術方案實現：一種殼聚糖/靜電濾棉納米孔徑生物濾膜，由殼聚糖納米薄膜和有機靜電濾棉組成，按佔膜片總重量的百分含量，所述的製備過程中使用的殼聚糖溶液濃度為0.5%-2.5%，所述的製備過程中鄰苯二甲酸二丁酯所佔溶液的體積百分數為0.5-2.5%，所述的殼聚糖的含量為10~30%，所述的有機靜電濾棉的含量為60~80%。該殼聚糖/靜電濾棉納米孔徑生物濾膜的製備方法，包括以下步驟：1）將殼聚糖用乙酸溶解配置成質量濃度0.5%-2.5%的溶液，攪拌至徹底溶解高溫高壓消毒；2）將鄰苯二甲酸二丁酯溶液滴加到殼聚糖醋酸溶液中,超聲混合，製備得到含0.5-2.5%（v/v）鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液，待用；3）將靜電濾棉浸沒於殼聚糖溶液中，使含鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液充分浸沒於靜電濾棉層中；4）將浸沒的靜電濾棉乾燥後，用乙醇浸洗除去鄰苯二甲酸二丁酯，即得納米孔徑孔隙的多功能pm2.5生物濾膜；優選的，一種多功能pm2.5生物濾膜，所述殼聚糖溶液的質量百分含量為1.2%，所述的鄰苯二甲酸二丁酯佔混合後溶液的體積百分比為1.0%，按佔生物膜片總重量的百分含量，所述的殼聚糖納米膜的含量為20%，所述的靜電濾棉的含量為75%。該多功能pm2.5生物濾膜的製備方法，包括以下步驟：1）將殼聚糖用乙酸溶解配置成質量濃度1.2%的溶液，攪拌至徹底溶解高溫高壓消毒；2）將鄰苯二甲酸二丁酯溶液滴加到殼聚糖醋酸溶液中,超聲混合，製備得到含1.0%（v/v）鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液，待用；3）將靜電濾棉浸沒於殼聚糖溶液中，使含鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液充分浸沒於靜電濾棉層中；4）將浸沒的靜電濾棉乾燥後，用乙醇浸洗除去鄰苯二甲酸二丁酯，即得納米孔徑孔隙的多功能pm2.5生物濾膜。本發明所述的殼聚糖的脫乙醯度為94.5%。本發明所述多功能pm2.5生物濾膜作為pm2.5口罩和空氣淨化設備的應用。本發明的有益效果為：1）多功能性pm2.5生物過濾膜片的製備具有標準化的工藝流程，原料來源豐富，價格低廉，市場潛力大。本項目在保證所選材料安全可靠地基礎上，具有明顯的pm2.5顆粒截留效果，具有很強可行性；2）殼聚糖是自然界中唯一帶正電荷的高分子氨基多糖，具有抗菌、抑菌、吸附金屬離子等生物學功能，無毒副作用，並具有良好的成膜性和易化學改性性能，所有這些特點都賦予殼聚糖作為pm2.5過濾材料的優良性能，最終製備的殼pm2.5生物濾膜在有效過濾pm2.5顆粒的基礎上，兼顧多種生物學功能；3）本品在滿足pm2.5生物濾膜的pm2.5截留效果和其他多種生物學功能的同時，利用納米技術，將pm2.5生物濾膜製作出均勻的納米孔徑結構，保證了pm2.5生物濾膜良好的透氣性和水蒸氣透過性，保證了使用的舒適度。具體實施方式下面結合實施例對本發明做進一步的說明，以下所述，僅是對本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做其他形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更為同等變化的等效實施例。凡是未脫離本發明方案內容，依據本發明的技術實質對以下實施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發明的保護範圍內。實施例1本實施例提供一種具體的多功能性pm2.5生物濾膜及製備方法，具體如下：1）將殼聚糖用乙酸溶解配置成質量濃度1.2%的溶液，攪拌至徹底溶解高溫高壓消毒；2）將鄰苯二甲酸二丁酯溶液滴加到殼聚糖醋酸溶液中,超聲混合，製備得到含1.0%（v/v）鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液，待用；3）將靜電濾棉浸沒於殼聚糖溶液中，使含鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液充分浸沒於靜電濾棉層中；4）將浸沒的靜電濾棉乾燥後，用乙醇浸洗除去鄰苯二甲酸二丁酯，即得納米孔徑孔隙的多功能pm2.5生物濾膜。實施例2本實施例提供一種具體的多功能性pm2.5生物濾膜及製備方法，具體如下：1）將殼聚糖用乙酸溶解配置成質量濃度1.5%的溶液，攪拌至徹底溶解高溫高壓消毒；2）將鄰苯二甲酸二丁酯溶液滴加到殼聚糖醋酸溶液中,超聲混合，製備得到含0.5%（v/v）鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液，待用；3）將靜電濾棉浸沒於殼聚糖溶液中，使含鄰苯二甲酸二丁酯納米顆粒的殼聚糖溶液充分浸沒於靜電濾棉層中；4）將浸沒的靜電濾棉乾燥後，用乙醇浸洗除去鄰苯二甲酸二丁酯，即得納米孔徑孔隙的多功能pm2.5生物濾膜。實施例3pm2.5過濾實驗實驗分組：以未做任何處理的靜電濾棉材料為陰性對照組，以3mpm2.5過濾口罩為陽性對照組，本品材料為實驗組。每組準備20個平行樣品。測試過程：在一體積為1m3透明密閉容器內放置小型pm2.5測試儀，在容器一端設置一個直徑為10釐米的通氣口，另一端連接真空泵，使得打開真空泵後，空氣可以穩定速率通過密閉容器。使用前，檢查除通氣口以外的裝置部件密閉性。打開真空泵對密閉容器進行抽氣，先測定大氣中的pm2.5數據m0，再將待測樣品固定在通氣口部位，打開真空泵對密閉容器進行抽氣，待測試儀數據穩定後，讀取上面的pm2.5數據mx。按照下面的公式，分別測定陰性對照組、陽性對照組和實驗組的pm2.5截留率。r=（m0-mx）/m0×100%統計學處理：所有數據用spss12.0統計軟體進行統計學處理，組間比較採用t檢驗，p<0.05表示有顯著性差異。結果：陰性對照組pm2.5顆粒截留率為83.27±2.16%，陽性對照組pm2.5顆粒截留率為93.81±2.54%，實驗組pm2.5顆粒截留率為98.17±1.29%。與陰性對照組相比，陽性對照組和實驗組的pm2.5顆粒截留率均超過90%且存在顯著性差異（p<0.05）。表1pm2.5過濾實驗測定結果（n=20）分組pm2.5顆粒截留率陰性對照組83.27±2.16%陽性對照組93.81±2.54%實驗組98.17±1.29%實施例4抑菌性實驗抑菌試驗方法選擇奎因試驗。本試驗的原理是將菌懸液直接滴於抗（抑）菌產品上，覆蓋以培養基，加強微生物和抑菌劑的接觸以顯示其抑菌作用。試驗根據抑菌率大小判斷其是否具有抑菌能力。本試驗適用於對非溶出性硬質表面抗（抑）菌產品的鑑定。試驗器材：（1）金黃色葡萄球菌(atcc6538)、大腸桿菌(25922)、白色念珠菌(atcc10231)菌懸液。（2）磷酸鹽緩衝液(pbs，0.03mol/l，ph為7.2～7.4)。（3）營養瓊脂培養基、沙堡瓊脂培養基和半固體營養瓊脂培養基。操作程序：（1）傾注瓊脂培養基平板。（2）菌懸液的製備。將菌懸液稀釋成105cfu/ml～106cfu/ml作為試驗用菌懸液。（3）待測樣品滅菌，實驗前將生物濾膜剪成與平板底部相同的形狀，將生物濾膜覆蓋於平板底部。取0.1ml試驗用菌懸液滴染於樣片中央，塗勻，使菌液與樣片邊沿留有5mm的距離。（4）用半固體瓊脂3.0ml～5.0ml，均勻覆蓋於染菌樣片表面，置37℃溫箱，觀察結果。實驗組各做5組平行。（5）另將試驗用菌懸液作適當稀釋，使其濃度為1×103cfu/ml～2×103cfu/ml，取其0.1ml滴染於對應培養基平皿上，塗勻，與試驗組樣片做同樣處理後，用半固體瓊脂覆蓋培養，作為陽性對照。陽性對照組做5組平行。（6）試驗同時，試驗菌懸液作活菌計數，並觀察實驗組和對照組受試菌的培養計數。（7）試驗重複3次。（8）按下列公式計算抑菌率。結果：樣品材料可抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的生長，72h內抑菌率分別為100%、98.2%、97.9%，抑菌效果良好。2.3金屬離子吸附性試驗實驗分組：以未做任何處理的靜電濾棉材料為陰性對照組，以3mpm2.5過濾口罩為陽性對照組，本品材料為實驗組。每組準備20個平行樣品。測試過程：用移液管分別量取0ml、2ml、4ml、6ml、8ml、10ml金屬離子標準溶液至50ml容量瓶，搖勻，放置1min，用水稀釋至刻度線，搖勻放置10min,以試劑空白為參比。在最大吸收波長下，測定吸光度，以金屬離子濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，分別繪製鐵離子、銅離子和鈣離子的標準曲線。在分析天平中稱取一定量的待測樣品，將待測樣品分別放置在三種金屬離子溶液中，超聲震蕩2h，取出樣品後，抽濾，將所得的濾液測定吸光度值。根據標準曲線，計算出金屬離子吸附量。結果顯示，多功能pm2.5生物濾膜對鐵離子、銅離子及鈣離子均顯示出一定程度的吸附能力，其中對銅離子的吸附能力最強，鈣離子次之，鐵離子最低。表2多功能pm2.5濾膜對鐵離子、銅離子及鈣離子的最大吸附量（n=20）分組吸附量g/kg銅離子15.09±1.24鈣離子13.83±0.97鐵離子1.25±0.18當前第1頁12