随机纤维膜过滤器捕集浮游生物颗粒的DPM数值模拟

目前常用的深海浮游生物取样方法,是采用水泵抽取海水,并通过过滤技术捕捉其中的浮游生物。因此,以浮游生物过滤器为研究对象,通过随机算法建立三维纤维膜微观模型,并基于相似准则对纤维膜模型进行数值模拟研究,同时,采用拉格朗日离散相模型(DPM)追踪浮游生物颗粒在过滤器内的运动轨迹。研究结果表明:入口速度的变化对流场的压力和速度分布有显著影响,随着入口速度增加,流场内部速度差增大,流场中的压力分布出现明显的分层现象,且压力损失随入口速度增大而增大。其孔隙较小的纤维模型具有更好的过滤性能,对浮游生物颗粒的过滤效率基本稳定在80%。

用于压电传感器的层加层结构纳米纤维膜

通过聚丙烯腈(PAN)与改性木质素(CEHL-PTMG)接枝物进行共混,使用多层静电纺丝技术得到PAN|PAN/CEHL-PTMG|PAN层加层结构的纳米纤维膜,并制备一系列的薄膜。对制备的层加层结构纳米纤维膜进行表面形貌、构象、热性能、力学性能以及压电性能测试。实验结果表明:层加层结构使得薄膜的压电性能得到了大幅提高,PAN(11%,1 mL)|PAN/CEHL-PTMG(11%/2%,2 mL)|PAN(11%,1 mL)层加层结构纳米纤维膜的压电性能最为优异,输出电压和电流分别可达2.57 V、1468.0 nA;层加层结构薄膜的拉伸强度提高到了7.16 MPa,相较复合纳米纤维膜拉伸强度提高了7.51%,比纯PAN薄膜拉伸强度提高了52.67%;结构化后的薄膜的稳定性大幅提高,经过上千次的撞击仍能输出较好的电压;同时将其附于手指及手肘上,能更加明确地指示两者的运动,且在数值上出现较大的差距。

空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能

为拓展静电纺纳米纤维在空气过滤领域中的应用,以聚氨酯(PU)为原料,加入不同种类的盐,采用静电纺丝法制备树枝状PU纳米纤维膜。利用扫描电镜(SEM)、接触角测试仪、红外光谱仪、自动滤料测试仪测试纳米纤维膜的微观结构、亲疏水性、化学结构和过滤性能。结果表明:在PU质量分数14%条件下,添加有机盐TBAC,纺丝电压35 kV时,制备的纳米纤维膜的树枝状分叉结构明显;TBAC的加入使纤维膜的接触角由99.1°减小到82.8°;分叉结构使纳米纤维膜的过滤性能显著提高,与纯PU纳米纤维膜相比,过滤效率从50.8%提高到93.6%,品质因子从0.009提高到0.073,可满足高效低阻空气过滤材料的需求。

抗菌、抗氧化和厚朴酚复合纳米纤维膜的制备及性能研究

目的满足新型天然食品活性包装材料的需求。方法天然植物苯酚和厚朴酚(HK)为活性成分,采用共混静电纺丝工艺制备PLGA-HK复合纳米纤维膜,避免食品氧化及受到微生物的侵袭。结果通过FT-IR、扫描电镜、TG、水接触角等表征手段,证明PLGA-HK复合纳米纤维膜具有均匀的纤维形貌,以及良好的热稳定性和表面疏水性。此外,PLGA-HK复合纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均大于等于99%,抗氧化活性值达到(61.33±7.71)%,且活性成分在作用过程中不会溶出,其安全性较高。结论在食品保鲜应用中,PLGA-HK复合纳米纤维膜可有效保持食品品质,延长食品保质期,具有作为食品保鲜应用活性包装材料的潜力。

树枝状聚合物对聚乳酸熔体微分电纺纤维膜的增韧改性研究

采用树枝状聚合物CYD-T151为增塑剂,通过熔融共混方式对聚乳酸(PLA)进行改性,探究了CYD-T151含量、纺丝温度和纺丝电压对熔体微分电纺PLA及PLA/CYD-T151纤维平均直径、直径分布和纤维膜拉伸力学性能的影响。结果表明,树枝状聚合物CYD-T151的加入可有效提高PLA的熔体流动性,降低纤维细度,当CYD-T151含量(质量分数,下同)为1.25%、纺丝温度为240℃、纺丝电压为55 kV时,熔体电纺纤维的纤维平均直径为1.360μm,较纯PLA减小了49.72%;树枝状聚合物CYD-T151作为增塑剂,可有效提高PLA熔体电纺纤维膜的韧性,当CYD-T151含量为1.25%,纺丝温度为240℃,纺丝电压为55 kV时,PLA/CYD-T151纤维膜的抗拉强度和断裂伸长率分别为11.50 MPa和92.33%,较纯PLA提高了4.07%和13.99%。

ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的制备及压电特性

采用静电纺丝技术,通过两步低温水热法制备了ZnO@聚丙烯腈(PAN)柔性复合纳米纤维膜。研究了静电纺丝电压和滚筒转速对ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜压电和铁电性能的影响。研究结果表明,当静电纺丝电压为20 kV、滚筒速度为1000 r/min时,ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的输出性能达到最佳,输出开路电压可达到5.5 V,短路电流可达到0.61μA,剩余极化强度可达到0.43μC/cm^(2)。在外部负载电阻为13 MΩ时,柔性复合纳米纤维膜达到最大输出功率0.63μW。经过5000次循环敲击测试,所制备的ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜输出性能保持稳定。通过ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜可实时监测握力器微握、半握、全握三种不同的状态,在自供电柔性压力传感器领域有着广阔的应用前景。

三醋酸纤维膜与聚砜膜透析器联合硫代硫酸钠对血液透析患者皮肤瘙痒治疗疗效的临床研究

目的比较三醋酸纤维膜(cellulose triacetate,CTA)与聚砜膜(polysulfone,PS)透析器联合硫代硫酸钠(sodium thiosulfate,STS)对维持性血液透析(maintenance hemodialysis,MHD)患者皮肤瘙痒症状的治疗疗效。方法选取2022年6月—2023年6月在中国医科大学附属盛京医院第二血液净化中心接受血液净化治疗且瘙痒视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)≥7分的患者60例,依据随机数字法分为PS+STS组(n=30)、CTA+STS组(n=30)。干预6个月后,比较2组患者血清钙(Ca)、血磷(P)、全段甲状旁腺激素(iPTH)、补体C3、免疫球蛋白E(IgE)、β2微球蛋白(beta-2 microglobulin,β2-MG)、瘙痒程度、睡眠质量、微炎症指标[超敏C反应蛋白(hs-CRP)、白细胞介素-1β(interleukin-1beta,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)]、氧化应激指标[过氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、血清谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)]、总有效率和不良反应等。结果与PS+STS组相比,CTA+STS组患者血清P、C3、IgE,VAS评分和匹斯堡睡眠质量指数(Pittsburgh sleep quality index,PSQI)评分,以及hs-CRP和IL-1β均下降(t值分别为3.045、2.746、3.327、2.088、2.154、2.772、2.546,P值分别为0.004、0.008、0.002、0.041、0.035、0.008、0.014);SOD、MDA和GSH-Px均改善(t值分别为2.065、2.121、2.091,P值分别为0.043、0.038、0.041),总有效率提高(Z=7.690,P=0.021)。结论与PS联合STS相比,CTA联合STS可以有效降低MHD伴瘙痒患者的血清P、C3及IgE,改善微炎症状态及氧化应激失衡,缓解皮肤瘙痒症状。

增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的研究

中空纤维膜作为膜生物反应器(MBR),由于其高效性及灵活性被广泛应用于污水处理领域。文中介绍了纤维管增强型中空纤维膜,包括针织管增强膜、编织管增强膜及无纺管增强膜,综述了计算流体力学在MBR优化设计及膜污染清洗等方面的研究,并对增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的应用前景进行展望。在未来的研究中,将计算流体力学与理论试验相结合可以提升研究效率,更好地解决水处理问题。

酪蛋白胶束/聚乳酸静电纺丝复合纤维膜性质及其对黄芩苷的负载性能研究

黄芩苷是一种黄酮类化合物,具有抗炎、抑菌、抗病毒等多种药理作用,但其水溶性差,生物利用度低。为了改善黄芩苷的水溶性,该文利用静电纺丝技术制备负载黄芩苷的酪蛋白胶束/聚乳酸复合纤维膜,研究了其微观结构、疏水性、溶解特性和体外释放性等。结果显示,黄芩苷的添加对纤维微观结构影响不大。随着酪蛋白胶束添加比例的增加,纤维直径减小,成纤性能下降,当其与聚乳酸质量比达到2∶1时,纤维直径最小,成纤能力较好。红外光谱和X射线衍射结果分析表明,黄芩苷被包封在纤维内部。酪蛋白胶束改善了聚乳酸纤维膜的溶胀性和降解率。随着酪蛋白胶束添加量的增加,纤维膜亲水性增强,降解率增大,溶胀率减小,溶胀时间缩短。体外释放结果表明,酪蛋白胶束-聚乳酸纤维膜对黄芩苷有良好的控释效果。研究结果可为黄芩苷的负载提供参考依据。

多孔通道结构纳米纤维膜的制备及油水分离性能

通过静电纺丝制备以聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)为壳,PVP/纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为核的Janus结构纳米纤维膜,并利用绿色的水刻蚀法获得用于油水分离的多孔通道结构纳米纤维膜。结果表明,多孔通道结构增加了纳米纤维内部的储水空间,提供了额外的水分渗透路径,赋予了纳米纤维膜优异的亲水性和水下超疏油性。纳米纤维膜的孔隙率从54%提升至83%,水下油接触角从134°提升至164°,水通量从731 L/(m^(2)·h)提升至3344 L/(m^(2)·h)。纳米纤维膜对水包正己烷乳液的渗透通量高达1985 L/(m^(2)·h),滤液中的TOC含量低于50 mg/L,表明其油水分离效果较好。这种多孔通道结构纳米纤维膜的设计理念为开发油水分离膜提供了一种绿色的制造思路。

中空纤维膜臭氧接触式反应器传质机理分析

将疏水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜组装成膜接触器,开发了膜接触式臭氧(O_(3))传质技术。对比了气泡传质和膜接触传质的差异,通过O_(3)传质模型和阻力模型对该技术的主要影响因素和传质机理进行了研究。结果表明,O_(3)可以有效地通过疏水性PTFE膜进行传质,当搅拌速度达到1500r/min时,膜传质的表观传质系数(0.3049min-1)与气泡传质(0.3109min-1)相当。同时,膜表面的疏水结构将尾气的湿度降低到0.8g/m^(3)以下,远低于气泡传质(>11.5g/m^(3)),符合进入臭氧发生器的标准,具备回收氧气的可行性。O_(3)的传质通量受液体流速、p H、污染物浓度、气体流量以及进气O_(3)浓度的影响。在pH=11、苯酚浓度为0或pH=7、苯酚浓度为20mg/L时,传质通量达到了0.16g/(m^(2)·h)。O_(3)传质过程的传质阻力主要由膜阻力和液相阻力组成,而通过液相条件控制可以有效减小液相阻力,因此进一步降低传质阻力需要膜技术的发展。

覆膜方法对纳米纤维膜除尘滤料动态过滤性能的影响

为解决聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料使用中阻力增长快且膜易破损问题,基于静电纺丝技术制备了涤纶(PET)纳米纤维膜,通过直接覆膜法、热处理覆膜法及一步共纺覆膜法将PET纳米纤维膜作为表面膜与聚苯硫醚(PPS)针刺毡滤料进行复合,并对比研究3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料、PPS滤料以及PTFE覆膜滤料的动态过滤性能,结果表明,与PTFE覆膜滤料相比,3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料均表现出优异的过滤性能.稳定过滤阶段,一步共纺覆膜法制备的PET/TPU纳米纤维膜滤料完成单个周期所需时间是PTFE覆膜滤料的2倍,粉尘剥离率为99.79%,其阻力增长速率低、完成单个周期所需时间平稳,降低能耗并减少了气流对膜造成的磨损,在工业除尘领域具有较大应用潜力.

预氧化聚丙烯腈纳米纤维膜声学性能研究

通过对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜进行预氧化处理,制备了声学性能优异的预氧化聚丙烯腈(OPAN)纳米纤维膜。研究了纳米纤维直径和孔隙率对声学性能的影响,结果表明:OPAN纳米纤维膜在全频率范围(1 k~10 kHz)内的声损值为-2.01 dB~+3.12 dB,且随着纳米纤维直径的增加,声损值呈增大的趋势。为了提高OPAN纳米纤维膜的模量,在PAN纳米纤维膜中引入了聚酰胺酸(PAA),在PAN预氧化的同时,PAA被热亚胺化,最终得到OPAN/PI纳米纤维膜。当OPAN/PI质量比为7∶3时,纳米纤维膜具有最高的杨氏模量(2000.07 MPa)和最低的声损值1.24 dB(1000 Hz)。此外,与OPAN纳米纤维膜相比,OPAN/PI纳米纤维膜因其杨氏模量更高,在低频(100-1000 Hz)范围内声损值更低。

非对称结构纤维膜的制备及其热调控性能

为获得在寒冷环境下可通过零能耗的方式使人体保持合适体温的织物,将浸渍法和静电纺丝法相结合,以二维过渡金属碳氮化合物(MXene)、聚多巴胺(PDA)、聚氨基甲酸酯(PU)为原料,棉织物(Fc)为基底,制备了二维过渡金属碳氮化合物黏附聚多巴胺-棉织物(MXene/PDA-C)为亲水层,PU纤维膜为疏水层的非对称结构(PU/MXene/PDA-C)纤维膜复合材料。借助扫描电子显微镜、液态水分管理仪、接触角测试仪、傅里叶红外光谱仪等对所制备的PU/MXene/PDA-C进行表征测试。结果表明:当疏水层静电纺丝时间为15 min时,非对称结构纤维复合膜的单向液体运输能力最好,具有优异的水蒸气透过率,可将人体皮肤的汗液快速导出;此外,MXene赋予非对称结构纤维复合膜出色的光热转化性能,在模拟太阳光照射下,与普通棉织物相比,能够升温约30℃。

熔体微分电纺PLA/PCL微纳米纤维膜的制备及其性能

为改善聚乳酸(PLA)的韧性,将聚己内酯(PCL)与PLA熔融共混作为纺丝原料,使用熔体微分静电纺丝方法制备PLA/PCL纤维膜,研究了原料配比、纺丝温度、纺丝电压和收集辊转速对PLA/PCL纤维膜纤维直径、力学性能、亲疏水性和孔隙率的影响。结果表明:在PLA/PCL配比为7∶3、纺丝温度为230℃、纺丝电压为40kV、收集辊转速为2200r/min条件下制备的纤维膜纤维最小平均直径可达(2.049±0.438)μm,纤维膜的抗拉强度为13.68MPa,断裂伸长率为175%;相较于PLA纤维膜,其抗拉强度和断裂伸长率分别提高了115%和21.5%。其他纺丝条件不变,随着收集辊转速的增加,PLA/PCL纤维膜的孔隙率和水接触角呈现先升高后降低的趋势,在收集辊转速为1400r/min时,纤维膜具有强疏水性,水接触角为144.3°,孔隙率可达74.42%。本文对使用绿色方法高效制备满足不同需求的纤维膜具有重要意义。

纺膜参数对PVC中空纤维膜结构与性能的影响

以聚氯乙烯(PVC)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,采用非溶剂致相分离(NIPS)法,通过改变纺膜参数制备了PVC中空纤维膜.结果表明:所制得的中空纤维膜具有致密皮层,断面为海绵孔与指状孔共存结构,纯水通量可达314 L/(m^(2)·h),BSA截留率可达95.0%,断裂强度22 MPa.此外,细中空纤维膜可在0.6 MPa压力以下稳定运行,并可对自来水中的有机物深度脱除49.30%.

聚己内酯负载萘酐衍生物纳米纤维膜的制备及性能研究

本文通过静电纺丝法成功制备了掺杂2-氨基-6-肼基-1h-苯并[de]异喹啉-1,3-(2H)-二酮(AHB)分子的聚己内酯(PCL)纳米纤维膜(AHB-PCL),通过改变纺丝液浓度、纺丝工艺参数,确定最优纺丝工艺并对纤维微观形貌和荧光特性进行了测试。实验结果表明,该复合荧光纳米纤维膜具有良好的荧光性能,其平均直径为110.0 nm。纤维膜与甲醛接触后,在254 nm紫外光激发下,纤维上负载的AHB分子与甲醛分子结合,使得AHB分子的化学结构发生变化,从而抑制光诱导电子转移效应,使得纤维发出明亮的黄绿色荧光,且发光强度随甲醛浓度的增大而增大,随暴露时间的延长而加强。该复合纳米纤维膜最佳反应时间为20 min,当甲醛浓度为0.03-9.0 mmol/m~3范围内呈现良好的线性相关。本研究为工作场所中宽浓度范围甲醛的可视化检测提供一种便捷的方法,同时拓展了荧光薄膜的学科内涵。

后拉伸条件对羟基化聚丙烯中空纤维膜性能影响的研究

合成研究了不同羟基插入率的羟基化聚丙烯(PPOH),使用熔融纺丝-拉伸法(MS-S)制备了PPOH中空纤维膜并探究了热拉伸温度、热拉伸比例对其孔径分布、孔隙率、水通量和力学性能的影响。相比聚丙烯(PP)中空纤维膜,相同条件下制备的PPOH中空纤维膜的水通量更高,孔径更大,拉伸强度和孔隙率则较低。当热拉伸温度为110℃、热拉伸比例为150%时,PPOH中空纤维膜的孔径为0.139μm,孔隙率为22.1%,水通量为1 822 L/(m2·h),拉伸强度为123 MPa。

PNIPAm温敏纳米纤维膜:交联作用下的形貌稳定性和响应行为

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)交联温敏纳米纤维膜作为一种相变温度易于控制的新兴响应性材料,克服了传统PNIPAm块状水凝胶的生产成本高、响应速率慢和PNIPAm非交联温敏纳米纤维耐水性差的缺点,受到广泛研究并应用于智能开关、温度致动器、水油分离、药物、细胞控制释放和伤口敷料等领域。形貌稳定性和快速响应性是温敏纳米纤维膜在重复体积变化过程中最大的挑战,同时也作为评价PNIPAm温敏纳米纤维膜的实用性最重要指标引起了人们广泛的关注。本文全面综述了PNIPAm温敏纳米纤维膜近二十年来国内外的突破性进展和非交联作用下PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌变化和响应性,重点综合分析了物理和化学交联中交联反应类型、交联度、交联时间和交联分子量对PNIPAm温敏纳米纤维膜的形貌稳定性和响应行为的影响,为之后纤维膜的交联处理提供了理论支持,并对PNIPAm温敏纳米纤维膜的发展及应用前景进行了展望。

静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用

病毒的传播和由颗粒物引起的雾霾等空气污染问题已成为全球性挑战。纳米纤维膜可有效捕获空气中的颗粒物且不造成大幅压力降,因此作为一种较为理想的空气过滤介质,近年来受到了广泛关注。聚焦静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用,首先介绍了静电纺丝技术的原理及影响纳米纤维尺寸与形态的因素。其次,系统分析了纳米纤维膜的过滤机制、过滤效果评价参数及其影响因素。最后,总结了多种高效过滤策略,如引入纳米孔结构或支化结构、利用驻极体材料制备纳米纤维膜、构建多层膜复合结构等,并指明了绿色可持续化和多功能化是其未来发展方向。