双模式日光/黑暗驱动的复合过滤技术:基于预处理的PP/Ag@T-ZIF-8熔融吹制非织造布实现高效自清洁功能

《Applied Materials Today》:Dual-mode sunlight/darkness driven composite filtration: Highly efficient self-cleaning based on pre-treated PP/Ag@T-ZIF-8 meltblown nonwoven fabrics

【字体: 时间:2026年03月06日 来源:Applied Materials Today 6.9

编辑推荐:

  熔喷非织物的制备与光催化抗菌性能研究,通过预处理的Ag@T-ZIF-8复合体系提升材料在光照和暗处的抗菌效率,突破传统抗菌材料局限,为医疗防护提供新方案。

  
赵小婉|乔启凯|李元青|张爱琴|郭宏|郭静|张海霞|卢建军
太原理工大学纺织与工程学院,中国太原 030006

引言

抗菌熔喷非织造布在医疗预防和控制中发挥着不可替代的屏障作用,这得益于其独特的抗菌和抗病毒性能。金属有机框架(MOFs)因其高比表面积、高孔隙率、结构可调性和可改性性,在抗菌应用、医疗设备、食品包装和水处理领域得到广泛应用[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。作为基于锌的金属有机框架(Zn-MOFs)的典型代表,锌2-甲基咪唑盐(ZIF-8)因其低成本、优异的生物相容性和显著的光催化抗菌性能而成为抗菌材料的研究热点[[7], [8], [9], [10], [11]]。通过物理接触杀菌和光催化氧化的协同作用,ZIF-8不仅能够实现广谱灭活病原微生物,还能将病原体分解为二氧化碳(CO2)和水(H2)等无毒小分子,从而突破了传统抗菌材料在被动防护方面的局限性[12,13]。
在ZIF-8与纺织基材的复合过程中,主要采用两种技术方法:后处理表面改性(物理吸附/弱键结合)[[14], [15], [16], [17]]和预处理整体复合[[18], [19], [20]]。Lin等人[21]采用后处理方法制备了Ag@ZIF-8/PP熔喷非织造布,其抗菌效果超过了85%,比单独使用ZIF-8提高了30%。然而,由于界面结合力较弱,后处理技术在机械摩擦或洗涤过程中容易导致抗菌剂脱落,从而迅速降低抗菌效果。因此,研究人员采用预处理技术将ZIF-8与聚合物混合制备抗菌母粒,以延长材料的使用寿命。这种策略使材料具备持久的抗菌性能,实现了超过95%的高效抗菌效果[[22], [23], [24], [25]]。我们的研究小组[26,27]采用共价键合技术实现了ZIF-8与聚氨酯的稳定结合。值得注意的是,现有研究主要集中在聚丙烯腈[28,29]和聚氨酯等极性聚合物基材上。然而,作为熔喷织物的核心材料,聚氨酯的分子链中缺乏反应性官能团,溶解性较差,因此关于预处理ZIF-8/PP抗菌纤维的研究较少。我们的团队利用扭矩流变仪采用偶联剂改性技术成功制备了T-ZIF-8/PP抗菌母粒[30,31],但仍存在抗菌速率慢(k = 0.032 min-1)和对金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌效果低(<60%)等问题。
基于此,本研究通过原位负载银纳米粒子制备了Ag@T-ZIF-8,利用银的表面等离子体共振效应提高光催化效率并改善其在暗态下的抗菌性能。采用预处理技术制备了基于聚氨酯的光催化抗菌母粒,随后通过熔喷纺丝工艺制备了PP/Ag@T-ZIF-8-G抗菌熔喷非织造布。通过核壳结构设计和预处理工艺,显著提升了PP熔喷非织造布的抗菌、过滤和舒适性能,为医用防护材料提供了新的解决方案。

材料

改性的ZIF-8(T-ZIF-8)是在我们实验室制备的。AgNO3购自天津丰川化学试剂技术有限公司,PP购自上海正恒财塑有限公司,铝钛复合偶联剂(OL-AT1618)由山西化工研究院提供,正己烷购自天津北辰方正试剂厂,氧气购自太原泰能气体有限公司。大肠杆菌(ATCC 25,922)和金黄色葡萄球菌(CMCC 26,003)用于实验。

Ag@T-ZIF-8-G的化学结构

使用KBr压片法在4000~400 cm-1范围内获得了ZIF-8、T-ZIF-8和Ag@T-ZIF-8的红外光谱,如图2(a)所示。可以看出,758、1145和1310 cm-1-12+与咪唑环的N原子成功配位。在ZIF-8中,伸缩振动...

结论

本研究通过预处理和熔喷纺丝技术将具有核壳结构的Ag@T-ZIF-8结合到聚氨酯中,开发出了一种双模式(光照/暗态)驱动的抗菌复合熔喷非织造布。银纳米粒子的表面等离子体共振(LSPR)效应显著增强了T-ZIF-8的光催化抗菌活性,使其抗菌速率提高了25倍,并显著改善了其在暗态下的抗菌性能,从而能够有效杀灭大肠杆菌金黄色葡萄球菌

资助

国家自然科学基金(52,271,064),山西省基础研究计划青年科研项目(20,210,302,124,492)

CRediT作者贡献声明

赵小婉:撰写——初稿、方法学设计、数据分析、概念构建。乔启凯:撰写——审稿与编辑。李元青:数据分析、数据管理。张爱琴:撰写——审稿与编辑、项目监督、资金争取、概念构建。郭宏:资源提供、数据分析。郭静:资源支持。张海霞:结果验证、资源协调、数据管理。卢建军:项目监督。
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