Получение волокнистых композиционных материалов методом электроспиннинга и их применение
Ключевые слова:
композиционные углерод-полимерные волокна, полиметилметакрилат, электроспиннинг, карбонизованная рисовая шелуха.Аннотация
Получены углерод-полимерные волокна методом электроспиннинга, состоящие из полиметилметакрилата с модифицирующим наполнителем в виде карбонизованной рисовой шелухи. Электроспиннинг ввиду простоты аппаратного исполнения, высокой эффективности и возможности масштабирования, вплоть до промышленных установок, является одним из самых перспективных методов получения волокон с диаметром от нескольких миллиметров до нанометрового порядка. Было исследовано влияние концентрации ПММА на характеристики волокон. Анализ снимков оптической микроскопии показали, что для 1 масс.%-го раствора ПММА: КРШ волокна имеют поперечную ширину от 1.25 до 3.75 мкм, в котором диаметр частиц карбонизованной рисовой шелухи варьируется от 2.5 до 6.25 мкм. Для 3 масс.%-го раствора ПММА: КРШ диаметр волокон лежит в пределах от 3.9 мкм до 8 мкм, а размер частиц лежит в пределах от 6.1 мкм до 14 мкм. Анализ полученных изображений сканирующей электронной микроскопии показал, что для 1 масс.% раствора ПММА диаметр волокон лежит в интервале от 330 нм до 1 мкм, для 3 масс.% раствора ПММА от 3 до 6 мкм, соответственно. Для полученных композиционных материалов были исследованы адсорбционные характеристики по метиленовому голубому, полученные композиты обладают эффективностью поглощения равной 223.7 мг/г для 1 масс.% раствора и 281.5 мг/г для 3 масс.% раствора. Нановолокна способны образовывать высокопористую сетку, а благодаря их относительно большому отношению поверхности к объему нановолокна находят применение в области хранения энергии, здравоохранения, биотехнологии, экологической инженерии, обороны и безопасности.
Библиографические ссылки
(1) William A. Goddard III, Donald Brenner, Sergey Edward Lyshevski. Handbook Nanoscience, Engineeering and Technology: Handbook. 978 (2007). https://doi.org/10.1201/9781420007848
(2) Chan C. K., Patel R.N., O’Connell J.N. Solution-grown silicon nanowires for lithium-ion battery anodes // ACS Nano. 4 (1) 1443–1450 (2010). https://doi.org/10.1021/nn901409q
(3) Lee B.H., Jang S.Y, Jo M.J. Charge transport characteristics of high efficiency dye-sensitized solar cells based on electrospun TiO2 nanorod photoelectrodes // The Journal of Physical Chemistry C. 113 (1) 21453–21457 (2009). https://doi.org/10.1021/jp907855x
(4) Курбанова З.Н., Терюкалова Н.В., Ким С., Смагулова Г.Т., Приходько Н.Г., Мансуров З.А. Получение композиционных волокон на основе ПММА и рисовой шелухи методом электроспиннига // Горение и плазмохимия. 120–121 (2016).
(5) Bhardwaj N., Kundu S.C. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique // Biotechnology Advances. 28 (3), 325–347 (2010). https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.01.004
(6) Deitzel J.M., Kleinmeyer J., Harris D., and Beck Tan N.C. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles // Polymer. 42 (4) 261–272 (2001). https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00250-0
(7) Laudenslager M.J., Sigmund W.M. Electrospinning: Encyclopedia of Nanotechnology. 2 (1) 769–775 (2012).
(8) Megelski J.S. Stephens D., Bruce Chasen J.F. Micro- and nanostructured surface morphology on electrospun polymer fibers // Macromolecules. 35 (22) 8456–8466 (2002). https://doi.org/10.1021/ma020444a
(9) Yarin A.L., Koombhongse S., and Reneker D.H. Bending instability in electrospinning of nanofibers // Journal of Applied Physics. 89 (1) 3018–3026 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1333035
(10) Rho K.S., Jeong G. Electrospinning of collagen nanofibers: effects on the behavior of normal human keratinocytes and early-stage wound healing // Biomaterials. 27 (8) 1452–1461 (2006). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2005.08.004
(11) Yarin A., Koombhongse S., and Reneker D. Bending instability in electrospinning of nanofibers // Journal of Applied Physics. 89 (1) 3018–3026 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1333035
(12) Haider A., Gupta K.C., Kang I.K. Morphological effects of HA on the cell compatibility of electrospun HA/PLGA composite nanofiber scaffolds // BioMed Res. 25 (4) 1–11 (2014). https://doi.org/10.1155/2014/308306
(13) Lannutti J., Reneker D., Ma T., Tomasko D., Farson D., Electrospinning for tissue engineering scaffolds // Mater. Sci. Eng. 27 (3) (2007) 504–509. https://doi.org/10.1016/j.msec.2006.05.019
(14) Pelipenko J., Kristl J., Jankovic B., Baumgartner S., Kocbek P. The impact of relative humidity during electrospinning on the morphology and mechanical properties of nanofibers // Int. J. Pharm. 456 (1) 125–134 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2013.07.078
(15) Wenguo. Electrospun Nanofibrous Materials for Tissue Engineering and Drug Delivery // Science and Technology of Advanced Materials. 11 (1) 1–11 (2010). https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/1/014108
(16) Zhu X., Yu G., Zho S., Weng, J., Li X., Cui W. Investigation of Drug Release and Matrix Degradation of Electrospun Poly(dl-lactide) Fibers with Paracetanol Inoculation // Biomacromolecules. 7 (5) 1623–1629 (2006). https://doi.org/10.1021/bm060057z
(17) Yang Y., Zhu X., Cui W., Li X., Jin Y. Electrospun Composite Mats of Poly[(D,L-lactide)-co-glycolide] and Collagen with High Porosity as Potential Scaffolds for Skin Tissue Engineering // Macromolecular Materials and Engineering. 294 (9) 611-619 (2012). https://doi.org/10.1002/mame.200900052
(18) Dayal, P., Liu, J., Kumar S., Kyu, T. (Experimental and Theoretical Investigations of Porous Structure Formation in Electrospun Fibers // Macromolecules. 40 (1) 7689–7694 (2002). https://doi.org/10.1021/ma071418l
(19) Goodenough J.B., Park K.S. The Li-ion Rechargeable Battery: A Perspective. J. Am. Chem. Soc. 135 (4) 1167–1176 (2013). https://doi.org/10.1021/ja3091438
(20) Endo A. Fabrication of Electrospinning-Derived Carbon Nanofiber Webs for the Anode Material of Lithium-ion Secondary Batteries // Adv. Funct. Mater. 16 (18) 2393–2397 (2006). https://doi.org/10.1002/adfm.200500911
(21) Suthat A., Chase G. Chemical Engineer. 8–26 (2001).
(22) Graham K., Ouyang M., Raether T., Grafe T., McDonald B., Knauf P. Fifteenth Annual Technical Conference and Expo of the American Filtration and Separations Society, Galveston. 123-127 (2002)
(23) Groitzsch D., Fahrbach E. US patent 4,618,524, (1986).
(24) Angadjivand SA, Schwartz MG, Eitzman PD, Jones ME. US patent, 6375886. (2002).
(25) Thomas, P. Penicot, P. Contal, D. Leclerc, J. Vendel, Chem. Eng. Sci. 3548–3549 (2001). https://doi.org/10.1016/S0009-2509(01)00041-0
(26) Qin S.Y., Wang J. Appl. Polym. Sci. 102, 1285 (2006). https://doi.org/10.1002/app.24361
(27) Sharma V.K., Yngard R.A., Lin A. Adv. Colloid Interface Sci. 144–145 (2009). https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.09.002
(28) Homaeigohar S.S.; Elbahri M. Novel compaction resistant and ductile nanocomposite nanofibrous microfiltration membranes // J. Colloid Interface Sci. 6–15 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.01.012
(29) Pyankov O.V, Usachev E.V, Pyankova I.E., Aerosol Sci. Technol. 1294–1295 (2012). https://doi.org/10.1080/02786826.2012.708948
(30) Selvam A.K, Nallathambi G., Fibers Polym. 16, 1326–1327 (2015). https://doi.org/10.1007/s12221-015-1327-8
(31) Stoimenov K., Klinger R.L., Marchin G.L., Langmuir 18, 6679-6680 (2002). https://doi.org/10.1021/la0202374
(32) Uslu G., Demirci A., Regan J.M. Disinfection of synthetic and real municipal waste water effluent by flow-through pulsed UV-light treatment system // J. Water Process Eng. 89–97 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2016.02.004
(33) Jiang J., Zhu, L., Zhu L., Zhang H., Zhu B., Xu Y. “Antifouling and antimicrobial polymer membranes based on bioinspired polydopamine and strong hydrogen-bonded poly (n-vinyl pyrrolidone)”, ACS Appl. Mater. Interfaces. 5, 12895–12904. https://doi.org/10.1021/am403405c
(34) Олонцев В.Ф., Минькова А.А. Исследование адсорбционной активности углеродных материалов // Master’s journal. 87–97 (2013).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
