静电纺WO3/PAN纳米纤维的制备与应用
作者单位：山东大学
学位级别：硕士
导师姓名：王挺
授予年度：2021年
学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学]
摘 要：静电纺丝技术问世以来,制备了涵盖陶瓷、金属、高分子等多种材料,具有结构多样、比表面积高、透气性好、孔隙率大、延展性强、功能多、性能全等优良性质,拓宽了使用维度,广泛渗透到医药生物、新能源、环保、催化、传感器、服装材料等领域,显示出卓越的价值。随着社会不断进步,人们对于食品质量、生态环境安全的关注程度日益增长,对于智能包装、智能检测的要求也越来越高。基于此,本文在智能包装、重金属和抗生素处理的研究中为食品安全检测提供新思路,为进一步优化组合高效重金属和抗生素去除的处理技术,研发市场潜力大、应用性强的新工艺提供科学依据。本文以聚丙烯腈（polyacrylonitrile,PAN）、氯化钨（WC16）为原料,通过静电纺丝技术制备WO3/PAN纳米纤维;使用手机软件、傅里叶红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer,FT-IR）、X-射线衍射仪（X-Ray Diffractomer,XRD）、聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction,PCR）、凝胶成像系统、液相色谱-质谱联用技术（High Performance Liquid Chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）等技术,开展在智能包装、重金属和抗生素高效处理方面的应用研究,从实际应用性角度构建风险预警的包装智能材料、维护消费者权益,从分子、细胞水平上,进一步阐明了城市污水系统中抗生素和重金属去除机制,减少新型污染物汇入生态环境,消除危害。1、WO3纳米纤维制备及在氧指示器的应用本文采用溶胶凝胶法,以PAN和WC16为原料,N,N-二甲基甲酰胺（N,N-Dimethylformamide,DMF）为溶剂,溶解、搅拌至透明状态后,通过静电纺丝机制备WO3/PAN纳米纤维膜,利用切割机切割出许多WO3/PAN纳米纤维圆片作为氧气指示器。将氧气指示器加载于气调包装中,经过真空处理/气调处理成无氧氛围的包装后使用紫外灯对氧指示器进行照射,使指示器的颜色由浅黄色转变为蓝色。通过Nova5i Pro华为手机拍照,使用软件“颜色拾取器对照片进行分析并转化为红（red,R）、绿（green,G）、蓝（blue,B）三种颜色通道的像素值。不同的颜色对应不同的RGB值。如包装中保持无氧氛围,手机软件获取的R值保持不变,一旦有氧气泄露R值即会发生较大的变化,通过R值的变化程度可判定气体的泄漏程度,从而全程监测食品在运输、存储、销售链中的氧气泄漏程度,具有智能包装指示的功能性和完整性,降低了风险。2、WO3纳米纤维在重金属去除中的应用应用HPLC-MS、SEM的仪器,分别开展了初始浓度、使用量、反应时间、浓度及离子种类对重金属吸收的影响,对其进行一系列影响吸附性能的单因素研究,结果表明纳米纤维适用于动态吸附,在适宜的条件下可高效地去除金属离子,含有Na+、K+金属离子溶液吸附性高于含有Mg2+、Ca2+;Cl-促进作用显著高于NO3-、SO42-;纳米纤维重复使用性能较好,通过分析纳米纤维对重金属的去除能力,探索纳米纤维的最优处理条件,利于高分子功能材料的靶向处理新型污染物使用,可为污染物高效处理、构建绿色环境友好社会开创新方向。3、WO3纳米纤维在抗生素去除中的应用通过HPLC-MS、微生物分离培养、电子显微镜、PCR、微生物群落分析等技术,开展纳米纤维对城市污水中3种抗生素、抗性基因、抗性菌、抗性菌抗性等方面的去除研究。经纳米纤维处理后3种抗生素的残留浓度依次为2.31×102～1.62×103μg·L-1、9.18×103～1.21×104μg·L-1和 4.2× 103～2.4×103μg·L-1,平均提高降解率分别为2.36%、2.89%、3.56%。处理后检测出抗生素抗性菌的抗性降低三种抗生素的多重抗生素抗性的比率分比为21.25%、28.75%、17.5%;4种四环素抗性基因去除率分别为5.3%～17.1%、5.1%～22.3%、7.2%～20.1%、1 1.4%～31.3%。磺胺甲恶唑抗性基因sulⅠ、sul Ⅱ、sul Ⅲ和sulA的去除率分别在9.2%～21.7%、8.1%～19.7%、10.2%～16.4%、9.2%～17.9%。使用纳米纤维后诺氟沙星抗性基因qnrA、qnr D、qnr C和qnr S去除率分别在12.5%～1 6.6%、9.7%～12.4%、11.2%～19.9%、12.5%～17.2%;污水中微生物群落经过WO3纳米纤维处理后,以Gammaprotebacteria的厌氧菌群数量增大,Subgroup的菌群浓度有减少的现象。研究结果表明纳米纤维在适宜的条件下,可有效
同方学位论文库