一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法技术

本发明专利技术属于医用卫生材料技术领域，具体涉及一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法，先以稻壳粉、石墨烯‑纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，在制备壳层溶液时，先将聚乙烯醇溶于水中制成水溶液，再将酯化稻壳粉、石墨烯‑纳米二氧化铈复合粉末、虎杖根提取物分散于甲醇中制成甲醇溶液，最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀即可；在制备芯层溶液时，先将十六烷基三甲基溴化铵溶于甲醇中，然后加入稻壳粉，超声波分散均匀即得。本发明专利技术所得纳米纤维膜具有较好的空气净化效果，可用于口罩制作，制得的口罩防护效果好，使用舒适度好，力学性能佳。

【技术实现步骤摘要】
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法
本专利技术属于医用卫生材料
更具体地，涉及一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法。
技术介绍
随着工业化的快速发展，全球空气污染越来越严重，雾霾就是目前常见的污染现象。研究表明，PM2.5颗粒物的浓度水平与呼吸系统、心肺疾病的发病率及死亡率有不可忽视的关系。近年来人们越来越重视自身防护，口罩就是最为常见的一种个人卫生防护用品，是以人体呼吸力为动力，净化大气环境以满足人体对洁净空气的需求。对于口罩而言，纤维过滤层的过滤效率的高低决定了口罩的使用效果，而空气阻力的高低决定了口罩的使用舒适度。良好的纤维过滤材料应兼具高过滤效率、低空气阻力、良好安全性等特点。纳米纤维是指纤维直径大小处于纳米尺寸范围内的超细纤维。与常规纤维相比，纳米纤维具有的界面效应、小尺寸效应以及大的比表面积等特点，非常适合用作口罩过滤层。纳米纤维制成的口罩，可以通过物理拦截和表面吸附作用过滤空气中的污染物，具有高的过滤效率以及良好的安全性，因而备受关注。尽管纳米纤维具有天然的技术优势，但是在口罩生产中却仍有很多问题，比如力学性能欠佳，容易部分堆积或分离，进而影响口罩的防护效果和使用舒适度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有纳米纤维制成的口罩防护效果、使用舒适度和力学性能等指标欠佳的缺陷和不足，提供一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法。本专利技术的目的是提供一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法。<br>本专利技术另一目的是提供利用上述制备方法得到的一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜。本专利技术另一目的是提供上述生物基空气净化纳米纤维膜在制作口罩中的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，以重量份计，壳层溶液的制备方法如下：(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；(2)然后将1份聚乙烯醇溶于4～5份水中，得到水溶液；(3)再将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，继续加入3～4份稻壳粉、0.01～0.02份石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8～1份虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；以重量份计，所述芯层溶液是先将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，然后加入3～4份稻壳粉，超声波分散均匀而得。优选的，所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至30～40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。优选的，所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。进一步优选的，环加成反应的具体方法为：先将1份改性纳米二氧化铈与4～5份改性石墨烯超声分散于10～12份二甲基甲酰胺中，接着加入0.1～0.12份抗坏血酸钠、0.03～0.04份氯化铜，加热回流反应4～5小时即可。优选的，聚乙烯醇的聚合度为1000～1500，醇解度为92～95％。优选的，同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为20～22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12～15cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4～0.6mL/h、0.8～1mL/h。优选的，步骤(1)中，以重量份计，预处理的具体方法为：先将1份新鲜虎杖根洗净、粉碎至30～50目，然后加入5～7份去离子水中，搅拌打浆，在100～120MPa和35～40℃条件下均质化处理5～7分钟即可。优选的，步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30～35℃和200～220r/min条件下，培养8～10小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以2～3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。优选的，步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30～35℃发酵20～25小时。优选的，步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100份溶剂中加入8～10份发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取4～6小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.3～0.4的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。优选的，超声波分散的工艺条件为：300～500W超声波分散50～70分钟。利用上述制备方法得到的一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜。上述生物基空气净化纳米纤维膜在制作口罩中的应用。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，在制备壳层溶液时，先将聚乙烯醇溶于水中制成水溶液，再将稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、虎杖根提取物分散于甲醇中制成甲醇溶液，最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀即可；在制备芯层溶液时，先将十六烷基三甲基溴化铵溶于甲醇中，然后加入稻壳粉，超声波分散均匀即得。本专利技术所得纳米纤维膜具有较好的空气净化效果，可用于口罩制作，制得的口罩防护效果好，使用舒适度好，力学性能佳。本专利技术采用同轴静电纺丝制备纳米纤维膜，芯层溶液的主要成分为稻壳粉，壳层溶液的主要成分包括稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物等，在同轴静电纺丝过程中，芯层溶液流速快，壳层溶液流速慢，使得表面充分形成交联物，提高口罩的防护效果，同时提高口罩的力学性能，孔隙丰富，改善使用舒适度。本专利技术的主要原料为稻壳粉，稻壳粉中含有丰富的纤维素、木质素，通过后续交联提高了产品的力学性能。将稻壳粉作为芯层溶液的主要成分，具有良好的支撑作用，保证产品的力学性能，孔隙丰富，使用舒适度好。虎杖根提取物是以新鲜虎杖根为原料制得，先制成虎杖根浆液，再接种植物乳杆菌发酵，最后经液膜萃取而得。在虎杖根提取物中含有白藜芦醇等成分，提供活性基团羟基，促进聚乙烯醇、稻壳粉等的交联，进一步改善产品的力学性能和防护效果。本专利技术还引入了石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末，石墨烯、纳米二氧化铈二者协同改善杀菌作用，并且，纳米尺寸进一步改善吸附效果，提高空气净化效果，从而进一步改善产品的防护效果。具体实施方式以下结合具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，以重量份计，壳层溶液的制备方法如下：/n(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；/n(2)然后将1份聚乙烯醇溶于4～5份水中，得到水溶液；/n(3)再将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，继续加入3～4份稻壳粉、0.01～0.02份石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8～1份虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；/n(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；/n以重量份计，所述芯层溶液是先将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，然后加入3～4份稻壳粉，超声波分散均匀而得。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，以重量份计，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1份聚乙烯醇溶于4～5份水中，得到水溶液；
(3)再将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，继续加入3～4份稻壳粉、0.01～0.02份石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8～1份虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
以重量份计，所述芯层溶液是先将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，然后加入3～4份稻壳粉，超声波分散均匀而得。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至30～40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖志星，
申请(专利权)人：廖志星，
类型：发明
国别省市：广东;44