论文部分内容阅读
多孔纳米静电纺纤维因其自身独特的结构特征而具有高比表面积、高长径比以及高孔隙体积率等特性,使其在化学或生物传感器、药物缓释、能源器件、环境净化、催化等领域有广泛的应用前景。目前,大多数静电纺纳米纤维的致孔机理来源于溶剂与聚合物的相分离或聚合物共混物的相分离。然而,据此制备出的多孔纤维的表面孔径分布较广,孔结构规整性还有提升空间。本课题将静电纺丝技术与嵌段共聚物（Block Copolymer,BCP）的自组装特性相结合,通过嵌段共聚物自组装构造垂直于静电纺纳米纤维表面的柱状分相结构,从而使得纤维表面出现均匀、规整孔结构。由于苯乙烯与4-乙烯基吡啶之间较强的非相容性,使得聚苯乙烯-聚（4-乙烯基吡啶）（PS-b-P4VP）极易发生自组装分相行为,故本课题研究了基于PS-b-P4VP的自组装行为制备多孔纳米纤维的方法,具体内容如下:1.系统讨论溶剂退火-选择性溶胀法中选择性溶胀溶剂、退火溶剂、退火时间对PS-b-P4VP静电纺纳米纤维表面形貌的影响。实验表明,以PS和P4VP的共溶剂丙酮作为退火溶剂时,能在保持纤维整体形貌的同时诱导PS-b-P4VP发生微相分离;退火处理后的纤维经乙醇溶胀、坍塌掉P4VP链段后,纤维表面出现了一定数量的圆孔。然而在静电纺丝过程中,PS-b-P4VP链段受电场力拉伸而沿纤维轴向取向,使其较难形成大量垂直于表面的圆柱形微相形貌。因此,通过溶剂退火-选择性溶胀法不易形成高孔隙率的多孔纳米纤维。2.采用自组装-非溶剂诱导相分离相（Self-Assembly and Non-solvent Induced Phase Separation,SNIPS）法,在静电纺聚偏四氟乙烯（PVDF）纳米纤维表面以浸渍方式包覆PS-b-P4VP,讨论分析PS-b-P4VP溶液浓度、浸泡时间以及添加剂对纤维表面PS-b-P4VP层形貌的影响。结果表明,将聚多巴胺表面修饰的PVDF纳米纤维在4 wt.%PS-b-P4VP溶液中浸泡10 min后,PS-b-P4VP致密、均匀地包覆在PVDF纤维表面,且出现少量孔结构。而通过添加一定量的醋酸铜（Cu（Ac）2）,利用Cu2+与P4VP间的螯合作用促进PS-b-P4VP自组装,使mPVDF-BCP表面呈现了高密度、平均孔径为34±6 nm的规整孔结构。通过傅里叶红外以及纤维膜在不同pH条件下的接触角表征,进一步验证了PS-b-P4VP的成功包覆且包覆后的膜具有一定的pH响应性。3.采用原位还原法在mPVDF-BCP纤维表面负载纳米金颗粒（Au NP）,获得薄膜型整体式复合催化剂（Au/mPVDF-BCP）。通过SEM、TEM、XRD及TGA表征可知,纤维表面Au NP的负载率为14.23 wt.%,且颗粒平均直径为3.3±0.74nm。将Au/mPVDF-BCP用于催化硼氢化钠还原对硝基苯酚（4-NP）反应时,表现出良好的催化性能,且经10次循环催化反应后仍保持高效催化稳定性。与传统的颗粒负载型催化剂相比,基于纤维膜的Au/mPVDF-BCP催化剂在使用时便于操作与回收,故能有效地提升该催化材料的应用性。总之,本课题采用SNIPS法在PVDF静电纺纳米纤维表面构造了孔径规整的多孔结构,并为制备均孔纳米纤维材料提供了一种可行的方案。