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助力“碧水保卫战”——科研人员成功研发复合纤维素纤维

来源: 时间:2021-06-29

  目前全球水质污染日益严重,对人类健康带来潜在的严重威胁。据统计报道,全球仍有8亿人缺乏水源净化装置,水处理问题引起人们的广泛关注。此外,抗生素滥用使水体中的致病菌出现抗生素耐药性,开发一种新型杀菌处理系统迫在眉睫。 

  银纳米颗粒(Ag NPs)因具有高催化活性和抗广谱细菌的特性,且对人体几乎没有系统毒性,常被作为催化剂用于去除有机物或作为抗菌剂进行抗菌研究。然而,纳米粒子倾向于自聚集,会导致抗菌和催化活性显著降低。另一方面,很难将纳米粒子从体系中分离过滤或离心,导致重复利用率低。具有微纳多孔结构的基体材料不仅为纳米粒子提供负载空间,而且还起着限域、防止聚集的作用,成为可控负载纳米颗粒的新途径。 

  近期,省科学院生物与医学工程研究所分析检测中心与五邑大学合作,研发了一种用于流动水净化的兼具催化和杀菌性能的复合再生纤维素纤维,利用氢氧化钠/尿素水溶液体系溶解纤维素,通过湿法纺丝简易制备具有三维微纳多孔结构的再生纤维素纤维。在纤维素纤维上,银离子和苯胺通过自氧化还原一步法形成聚苯胺@Ag纳米复合团簇,形成的功能纤维素纤维(FCFs)能快速还原对硝基苯酚,杀死流动水中的大肠杆菌,体现出快速高效的催化性能和抗菌性能。最重要的是,FCFs的多孔结构在提供纳米粒子负载空间的同时起着限域、防止聚集的作用,即使在Ag NPs含量高达36.47 wt%的情况下,也保证纳米颗粒在基体材料上的均匀性。本研究工作为高含量金属纳米颗粒的固定和拓展生物质纤维在水净化领域的应用提供了新的思路。 

  该研究项目得到了国家自然科学基金、广东省科学院科技专项项目、广东基础和应用基础研究基金项目、广东省教育厅基金、五邑大学高层次人才科学基金、江门市基础理论科研项目、五邑大学-香港联合项目基金等的资助。 

  项目研究成果近期发表在期刊《ACS Applied Materials&Interferences》上。广东省科学院生物与医学工程研究所为论文第一单位,研究所程巧云博士和五邑大学李琦华研究生为共同第一编辑,五邑大学叶冬冬副教授为通讯编辑。 

  论文信息:Cheng, Q., Li, Q., Yuan, Z., Li, S., Xin, J. H., & Ye, D. (2021). Bifunctional Regenerated Cellulose/Polyaniline/Nanosilver Fibers as a Catalyst/Bactericide for Water Decontamination. ACS Applied Materials & Interfaces, 13(3), 4410-4418. 

图1:复合纤维素纤维显示高效的催化性能和抗菌性能:快速还原对硝基苯酚,杀死流动水中的大肠杆菌。图a-f说明催化活性和重复利用性。图g 说明流动水的杀菌效果。 

  (省科学院生物与医学所分析测试中心/供稿) 

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