基于壳聚糖的复合抑菌空气滤料制备与评估

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.015

摘要/Abstract

摘要：

由于新冠疫情的暴发，人们对于室内空气质量有了更高的要求.探索既能过滤细微颗粒物，还能抑制和消杀微生物细菌、防止二次污染的过滤材料具有重要意义.以质量分数为1%的聚四氟乙烯（PTFE）乳液配制出不同壳聚糖质量浓度的浸渍液，利用直接浸渍后处理工艺制备出壳聚糖/涤纶/聚四氟乙烯复合抑菌空气滤料.利用大肠杆菌为实验菌落验证其抑菌性能，并对其织物特性、捕集效率及压差特性进行了研究.结果表明，壳聚糖质量浓度为12.5 mg/mL时复合滤料初始阻力最小，对PM_2.5粒子捕集效率达到93.88%，品质因子为0.020 13，分别比原始滤料提高19.56%，0.004 4，且对大肠杆菌的抑菌率为84.12%.综上所述，壳聚糖质量浓度为12.5 mg/mL，PTFE乳液质量分数为1%的浸渍液制备的壳聚糖/涤纶/聚四氟乙烯复合抑菌空气滤料兼具良好的过滤能力与抑菌效果.

关键词: 壳聚糖, 复合抑菌空气滤料, 抑菌, 捕集效率, 过滤性能

Abstract:

With the outbreak of COVID-19， there is a growing demand for improved indoor air quality. It is of great significance to explore filter materials that can not only filter fine particulate matter， but also inhibit and disinfect microbial bacteria and prevent secondary pollution. Chitosan impregnation solutions with different concentrations were prepared with 1% mass fraction of polytetrafluoroethylene （PTFE） emulsion， and chitosan/polyester/polytetrafluoroethylene composite antibacterial air filter was designed and fabricated by direct impregnation post-processing. Escherichia coli was used as the experimental colony to verify its bacteriostatic properties， and its fabric characteristics， collection efficiency and pressure drop characteristics were studied. The results showed that the initial pressure drop of the composite air filter was the lowest when the chitosan concentration was 12.5 mg/mL， the collection efficiency for PM_2.5 was 93.88%， the quality factor was 0.020 13， which was 19.56% and 0.004 4 higher than that of the raw air filter， and the bacteriostatic rate of E. coli was 84.12%. In conclusion， chitosan/polyester/polytetrafluoroethylene composite antibacterial air filter prepared with chitosan concentration of 12.5 mg/mL and PTFE emulsion concentration of 1% impregnation solution has both good filtration capacity and antibacterial effect.

Key words: chitosan, composite antibacterial air filter medias, antibacterial, collection efficiency, filtration properties

中图分类号:

TB 33

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图/表 13

表1 低聚壳聚糖参数特性

Table 1 Parameter characteristics of oligomeric chitosan

CAS编码

分子式

相对分子

质量

脱乙酰度

干燥

失重率

C_6nH_11nNO_4n

表2 PTFE乳液参数特性

Table 2 PTFE emulsion parameter characteristics

类别	密度/（g·cm^-3）	运动黏度/（mm²·s^-1）	PTFE质量分数/%	乳液质量分数/%
SFN-1	1.48～1.53	6～14	53～63	4～8

表3 空气滤料参数特性

Table 3 Parameter characteristics of air filter media

规格	厚度/mm	透气度@200 Pa/（m³·m^-2·min^-1）	密度/（g·cm^-3）
F7	4.60	91.73	1.97/64=0.030 8

1-粒子计数器； 2-压差计； 3-滤料样品；

表4 乳液浸渍前后滤料织物特性变化

Table 4 The characteristics of the filter fabric change before and after emulsion impregnation

w（PTFE）/%	浸渍前质量	浸渍后质量	差值	壳聚糖质量	吸附率	浸渍前透气度	浸渍后透气度	变化率
w（PTFE）/%	g	g	g	g	%	m³·m^-2·min^-1	m³·m^-2·min^-1	%
0.5	1.76	2.36	0.60	0.49	79.20	98.8	83.6	-15.38
1	1.95	2.68	0.73	0.53	84.04	90.9	74.7	-17.82
3	1.98	3.16	1.18	0.53	84.88	92.2	69.3	-24.83
5	2.01	3.34	1.33	0.43	69.56	89.6	65.9	-26.44
7	1.90	3.55	1.65	0.42	67.43	92.9	60.2	-35.15
10	2.15	4.64	2.49	0.40	64.00	93.9	48.5	-42.19
0（纯壳聚糖）	2.00	2.51	0.51	0.51	81.60	95.8	86.5	-9.71

图2 不同PTFE乳液复合滤料阻力特性

Fig. 2 Composite filter resistance characteristics for different PTFE emulsion concentrations

图3 不同PTFE乳液浸渍后复合滤料微观形貌

Fig. 3 Microscopic morphology of composite filter media after impregnation with different PTFE emulsion concentrations

图4 不同风速下复合滤料阻力特性

Fig. 4 Composite filter material resistance characteristics at different wind speeds

图5 不同风速下复合滤料捕集效率

Fig. 5 Capture efficiency of composite filter media at different wind speeds

图6 不同壳聚糖质量浓度浸渍后复合滤料表观形貌

Fig. 6 Apparent morphology of the composite filter media after impregnation with different chitosan concentrations (a)—12.5 mg/mL； (b)—25 mg/mL； (c)—50 mg/mL.

图7 复合滤料品质因子

Fig. 7 Composite filter media quality factors

图8 大肠杆菌的抑菌圈结果（a）—复合滤料对大肠杆菌的抑菌圈；（b）—低聚壳聚糖对大肠杆菌的抑菌圈.

Fig. 8 Antibacterial circle results of E. coli

图9 固体培养基菌落

Fig. 9 Solid medium colonies

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