来源:Polymers 发布时间:2021/4/30 21:05:59
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上海理工大学余灯广教授团队: 静电纺丝使用不可纺鞘液制备环境修复纳米纤维的研究进展 | MDPI Polymers

论文标题:Electrospun Environment Remediation Nanofibers Using Unspinnable Liquids as the Sheath Fluids: A Review

期刊:Polymers

作者:Menglong Wang, Ke Wang, Yaoyao Yang, Yanan Liu and Deng-Guang Yu

发表时间:4 January 2020

DOI:10.3390/polym12010103

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2649994250&idx=2&sn=

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/polymers

原文作者简介

余灯广 教授

上海理工大学

主要研究领域包括单流体及多流体电纺和电喷雾工艺在药物释放、污染处理、环境保护、自组装等方面的应用。

王梦龙 博士

上海理工大学

从事电流体动力学与新材料制备应用研究

静电纺丝技术作为一种极具发展前景的多学科工程技术,在能源、环境和制药等领域取得了突破性进展,克服了诸多挑战。然而,作为一种简便且成本低廉的制备方法,其制造纳米纤维的能力仍然受到可纺液体数量的限制。近年来,越来越多的努力被用于多流体电纺工艺处理不具有可纺性的液体。虽然这些液体不具备可纺性能,但是将其与可纺液体一起电纺时,不可纺的液体也可以转化为纳米纤维。来自上海理工大学的余灯广教授及其团队在Polymers发表文章,介绍了以不可纺液体为鞘层的改进型同轴静电纺丝的原理,同时还总结了几种典型的用于环境修复的静电纺丝纳米纤维。在探索不可纺液体的基础上,本文综述了其他多流体静电纺丝方法制备复杂功能纳米结构的方法,概括了多种不可纺液体作为改进型同轴电纺工艺的鞘层的研究,如表面活性剂、纯溶剂、盐溶液等。

电纺工艺的发展:从传统的单流体电纺过程到双流体电纺 (同轴、并列),再到三流体电纺过程。

使用不可纺的表面活性剂作为鞘层流体制备玉米醇溶蛋白纳米带的机理,以及用于出去污水中铅离子的机理图[1]。

该研究证明了改进型电纺过程使用不可纺流体作为鞘层,极大扩展了原材料的选择和纳米纤维的功能及其应用。并且在电纺过程中,不可纺的鞘液保证了玉米醇溶蛋白电纺的连续性和稳定性。

(a, b) 为TEM图片:使用纯溶剂丙酮作为鞘层流体制备的意料之外的芯鞘结构的聚氨基噻唑/醋酸纤维素 (PTA/CA) 纳米纤维[2]。

芯层为PTA和CA的混合溶液,使用丙酮作为鞘层流体,出现同轴结构的原因还需要进一步探索。该材料在Hg(II)的吸附方面有着优异的性能。

(a, b)负载Ag纳米颗粒的纳米纤维;(c-e)PAN负载无机纳米粒子用于抗菌的机理图[3]。

可注射水凝胶在骨组织工程中有重要应用[3]。Wu等制备了可用于骨组织工程的NIPAAm-g-壳聚糖复合水凝胶,通过壳聚糖片段的引入大幅度提高了水凝胶的力学性能,改善了其生物相容性和生物可降解性。

(A) 制备可用于骨组织工程的可注射水凝胶的方法示意图[3]。(B) NIPAAm-g-壳聚糖共聚物的合成路线。(B)

该研究表明改进型同轴电纺可以作为一种实现将原材料在纳米尺度上的分散的方法。使用AgNO3的盐溶液作为鞘层将AgNO3均匀分散在纳米纤维表面,然后通过还原,得到Ag纳米颗粒。

结论

随着静电纺丝的快速发展,改进型同轴电纺脱胎于传统的电纺过程焕发出顽强的生机。该技术不仅能够用于稳定制备高质量的均质纤维,同样也可以用于制备芯鞘纳米结构和纳米涂层。此外,几乎任何功能性的原材料,不管是否能够成膜,都能够利用电纺无纺布的独特性能将其转化为纳米纤维从而发挥其性能。不过,使用不可纺鞘层的改进型同轴电纺制备的新材料及其相应的应用,目前还处于起步阶段。余灯广教授认为,在可见的未来,不可纺流体还会用于处理一个或者更多的可纺流体,如三轴、并列等等。电纺以及电纺纤维会逐渐在几乎所有的环境问题中进行应用,如气体污染、水污染和固体污染。同时,在一些生态环境问题上也会出现一些应用,如抗菌材料、抗紫外材料、降噪以及电磁屏蔽等领域

参考文献:

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1. M. Wang, K. Wang, Y. Yang, Y. Liu, D.-G. Yu, Electrospun Environment Remediation Nanofibers Using Unspinnable Liquids as the Sheath Fluids: A Review, Polymers 12 (2020).

2. H. Zou, P.F. Lv, X. Wang, D. Wu, D.G. Yu, Electrospun poly (2‐aminothiazole)/cellulose acetate fiber membrane for removing Hg (II) from water, Journal of Applied Polymer Science 134 (2017).

3. D.-G. Yu, J. Zhou, N.P. Chatterton, Y. Li, J. Huang, X. Wang, Polyacrylonitrile nanofibers coated with silver nanoparticles using a modified coaxial electrospinning process, Int J Nanomedicine 7 (2012) 5725-5732.

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Polymers (ISSN 2073-4360, IF 3.426) 是一个国际型开放获取英文学术期刊,研究范围涵盖与聚合物研究相关的各个方面。Polymers目前已被SCIE,Scopus,PubMed等重要数据库收录。期刊采用单盲高标准同行评审制,一审周期平均为11.5天,文章从接收到发表平均仅2.7天。

 
 
 
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