高效低阻聚丙烯腈/石墨烯纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

余改丽， 张弘楠， 张娇娇， 左晓飞， 覃小红

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 东华大学 上海市微纳米纺织重点实验室， 上海 201620)

高效低阻聚丙烯腈/石墨烯纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

余改丽1,2， 张弘楠1,2， 张娇娇1,2， 左晓飞1,2， 覃小红1,2

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 东华大学 上海市微纳米纺织重点实验室， 上海 201620)

为了提高聚丙烯腈(PAN)基材料的过滤性能，采用静电纺丝的方法制备了含有不同质量分数石墨烯的PAN/石墨烯纳米纤维复合材料。并对复合材料的过滤效果及抗菌性能进行研究，探讨气流量及孔径分布对过滤效果的影响。研究结果表明：当氧化石墨烯(GO)的质量分数为0.3%时，纺制的纤维平均直径为103 nm，复合膜的过滤性能最好；纳米复合材料的过滤效率随气流量的增加而减小，孔径尺寸分布在1.3～1.7 μm之间时最有利于过滤效率的提高；当GO和还原性氧化石墨烯(rGO)质量分数均为0.3%时，PAN/GO纳米复合材料比PAN/rGO纳米复合材料的过滤性能好，PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料对大肠杆菌的抑菌率分别为32.4%和40.5%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为45.8%和56.7%。

高效低阻； 聚丙烯腈； 石墨烯； 过滤性能； 抗菌性能

目前环境污染已引起人们的广泛关注，带动了过滤材料的研究。用静电纺技术制作空气过滤材料有较多文献报道。过滤效率和过滤阻力是过滤材料的2个最重要的参数，这2个参数之间却是矛盾的。1种好的过滤材料应该具有较高的过滤效率和较低的过滤阻力。

针对如何提高过滤效率，Maze等[1]模拟了三维纳米滤膜结构(纤维直径小于200 nm)，发现纳米膜越厚过率效率越高，最有效的过滤颗粒直径为100～200 nm，当纤维的直径变小的时候，最有效的过滤颗粒直径也会变小。Sambaer等[2-4]模拟了一个更加接近真实的三维纳米纤维膜结构，研究发现颗粒与纤维之间的摩擦因数是影响过滤效率的主要因素，尤其是对于直径小于200 nm的过滤颗粒，通过改性处理增加纤维的摩擦因数可提高其过滤效率，但针对如何降低过滤阻力的研究较少。

通过增加纳米膜厚度虽然会提高滤膜的过滤效率，相应的也会造成过滤阻力的增加。而通过改性处理增加纤维的摩擦因数可提高其过滤效率，但是工艺比较复杂，而且也会引起其他性能的变化。而石墨烯的比表面积高、导热性和力学性能突出、电子传递性能优异，并具有一定的抗菌活性[5-6]。把石墨烯作为添加物，希望能够使纳米膜的过滤性能有所改变，并能使纳米膜具有一定的抗菌性。

目前抗菌剂主要分为无机、有机和天然生物抗菌剂3大类型。无机抗菌材料具有耐热性、持久性、连续性和安全性等优点，但其缺点也比较明显，如银系抗菌剂，防霉作用较弱、添加量较大、成本较高、易变色等缺点。有机抗菌剂则杀菌力强，效果好，种类多，缺点是毒性大，耐热性较差，易迁移，可能产生微生物耐药性等。生物类抗菌剂资源开发潜力巨大，但目前对植物天然抗菌剂的开发还刚刚起步,对其抗菌机制的研究有待深入。石墨烯的抗菌性强[5]，对人体无害[7]，来源广泛可降低成本。而且还可以附加石墨烯的其他功能。文献[8]研究了氧化石墨烯(GO)的抗菌性，当GO的质量浓度为45 mg/L时，大肠杆菌的抑菌率为51.9%，金黄色葡萄球的抑菌率为61.3%。Verdejo等[9]将制备的氧化石墨置于300 ℃下，热解制备出氧化石墨烯，将其与桂树脂复合制成多孔复合材料。

本文以石墨烯为填充物，利用静电纺制备聚丙烯腈/石墨烯纳米复合纤维材料。研究了石墨烯的添加量对PAN纳米纤维的形貌、过滤性能以及抗菌性的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料与试剂

实验过程中所需要的主要化学药品及试剂：聚丙烯腈(PAN，上海国药集团化学试剂有限公司)；N,N-二甲基甲酰胺(DMF，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)；营养琼脂培养基(NA)、营养肉汤培养基(NB)，均来自杭州微生物试剂有限公司；氧化石墨烯(GO)，还原性氧化石墨烯(rGO)，去离子水(H2O)，均为实验室自制。

1.2 实验仪器

本文采用自行设计发明的伞状静电纺丝装置[10]。84-1A磁力搅拌器，上海司乐仪器有限公司；MS105DU电子天平，梅特勒托利多公司；JSM-5600LV扫描电子显微镜日本JEOL公司；TSI8130自动滤料测试仪，美国TSI公司；YG141N数字式织物厚度仪南通宏大实验仪器有限公司；Porometer3G孔径分析仪美国康塔仪器公司；MIX-28试管振荡器杭州米欧仪器；LDZX-50FBS高压灭菌锅上海申安医疗器械厂；THZ-100恒温培养摇床上海一恒科学仪器有限公司；SW-CJ-ID超净工作台苏州净化设备有限公司；SPX-80B-II恒温培养箱上海贺德实验室设备有限公司；DS-2510超声波清洗器上海生析超声仪器有限公司；移液枪(10 μL、1 000 μL，德国Eppendorf公司)。玻璃仪器如，锥形瓶、烧杯、培养皿、10 mL离心管、玻璃瓶、试管、量筒、接种棒、酒精灯及枪头若干。1.3 复合纳米纤维膜的制备

称取一定量的PAN粉末加入到DMF中，配置质量分数为10%的溶液并搅拌8 h至溶液混合均匀，配置PAN纺丝溶液；称取一定量的GO，分散在DMF中，超声处理2 h，再称取一定量的PAN粉末加入到混合溶液中，PAN与DMF的质量比为1∶9。其中GO分别占PAN质量的0、0.01%、0.10%、0.30%、0.50%、0.70%、1.00%和2.00%。搅拌8 h至溶液混合均匀，配置PAN/GO静电纺丝溶液。用同样的方法配置PAN/rGO静电纺丝溶液。纺丝条件：接收装置接地，接收装置与针头间的距离为20 cm，纺丝电压为65 kV，纺丝时间为12 min，制备不同类型复合纳米纤维膜，根据GO质量分数的不同，(PAN/GO复合材料编号为0、1、2、3、4、5、6、7)。

1.4 形貌观察与性能测试

形貌观察：对静电纺得到的纳米膜剪取试样，进行喷金处理约90 s后，采用扫描电镜对纤维膜表面形貌进行观察。用Photoshop软件在SEM图中随机选取100根纤维测量纤维直径分布。测试条件为：温度(25±5) ℃，相对湿度(65±5)%。

过滤性能：采用TSI 8130型自动滤料测试仪测试复合材料的气体过滤性能，将复合材料裁成14 cm×14 cm的圆形，气溶胶颗粒直径约为75 nm，气体流速采用85 L/min。

式中：η为过滤效率；△P为滤阻；Qf值[11]是评价过滤效果的综合指标，Qf值越大，过滤效果越好，反之，过滤效果越差。测试条件为：温度(25±5) ℃，相对湿度(65±5)%。

厚度测试：采用YG141N数字式纤维厚度仪对纳米膜进行测试。测试条件为：温度(25±5) ℃，相对湿度(65±5)%。

孔径测试：采用Porometer3G型孔径仪测试纳米膜孔径大小和分布。测试条件为：温度(25±5) ℃，相对湿度(65±5)%。

抗菌性：参照GB/20944.1—2007《纺织品抗

菌性能的评价 第一部分：琼脂平皿扩散法》及标准GB/20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价 第三部分：振荡法》，对复合材料进行定性检测。测试条件为：温度(25±5) ℃，相对湿度(65±5)%。

2 结果与分析

2.1 形貌表征与分析

图1示出含有不同质量分数GO的PAN纳米复合材料的扫描电子显微镜照片及其直径分布图。图2示出PAN/GO复合纤维的平均直径图。图3示出不同类型复合纤维的平均直径。由图1～3可知：GO质量分数0.30%时，PAN/GO静电纺膜的平均直径为103 nm，与其他样品相比是最细的，是纯PAN静电纺纤维直径的83.7%；其分布范围为60～160 nm，比其他纤维的分布范围更窄，纯PAN静电纺纤维直径分布范围为60～200 nm。当GO和rGO的质量分数均为0.3%时，PAN/GO纳米复合材料比PAN/rGO纳米复合材料和纯PAN纳米材料的直径更均匀并且分布更加集中。

图1 PAN/石墨烯复合材料的SEM照片及其直径分布Fig.1 SEM images and diameter distribution of PAN/graphene

图2 PAN/GO复合纤维的平均直径Fig.2 PAN/GO composite fiber mean diameters

图3 复合纤维的平均直径Fig.3 Composite fiber mean diameter

2.2 过滤性能分析

图4示出PAN/GO复合材料纳米膜的过滤性能，图5示出PAN/GO复合材料纳米膜的厚度。3号样品无论是过滤效率还是过滤阻力均较低，是由于其厚度太薄的缘故[1]。由图4可知，4号样品的过滤效果最好，即GO的质量分数为0.30%时，PAN/GO静电纺膜的过滤效果最好。比纯PAN静电纺膜的滤效提高了0.55%，滤阻下降了12.8%。Qf值增大了28.19%。GO的质量分数在小于1.00%范围内，PAN/GO纳米膜，与纯PAN静电纺膜相比，过滤效率的变化范围为-0.56%～0.55%，没有明显的趋势，同时变化并不显著；而滤阻的变化范围则为8.12%～20.9%，而且是逐渐变小,因此，可以认为，一定量的GO能提高PAN纳米膜的过滤效果，主要是使其滤阻降低，可能是因为加入的GO改变了纯PAN材料的内部结构。GO的质量分数为0.30 %时，PAN/GO纳米膜的过滤效果最好。

图4 PAN/GO纳米复合膜的过滤性能Fig.4 Filtration preformance of PAN/GO nanofiber membrane(a) Filtration efficiency-filtration resistance; (B) Qf Value

图5 PAN/GO纳米膜的厚度Fig.5 Thickness of PAN/GO nanofiber membranes

表1示出纳米复合材料的过滤性能指标。由表可知，当GO和rGO的质量分数均为0.30%时，PAN/GO纳米复合材料比纯PAN材料和PAN/rGO纳米膜的的过滤效果好。造成这种现象的原因可能是，加入GO和rGO改变了纯PAN材料的内部结构，又因GO和rGO的不同，使得PAN/GO纳米膜比PAN/rGO纳米膜更有利于过滤。由于厚度变化较小，故忽略厚度的影响。

表1 复合材料的过滤性能Tab.1 Filtration preformance of composite fiber

图6示出PAN/GO复合纳米膜的气流量与过滤效率关系图。图7示出PAN、PAN/GO和PAN/rGO复合纳米膜材料的气流量与过滤效率图，其中气流量是在压力为200 Pa下测得的。由图6可知，GO的质量分数在0～2%范围内，PAN/GO复合纳米膜的过滤效率随着其气流量的增加而减小。从图7可看出，当GO和rGO的质量分数均在0.30%范围内，PAN/GO纳米膜，纯PAN材料以及PAN/rGO纳米复合材料的过滤效率均是随着其气流量的增加而减小。这是由于气流量越小，颗粒在过滤介质中滞留的时间越长，颗粒有更多的机会碰撞纤维，使得被纤维捕捉的机会更多，同时推动颗粒脱离捕捉纤维的力量降低，所以过滤效率最高。随着气流量增大，颗粒跟随气流运动的惯性作用也越大，拦截效应减弱，最终导致过滤效率减缓[12]。

图6 PAN/GO纳米复合材料的气流量-过滤效率图Fig.6 Flow rate and filtration efficiency of PAN/GO nanocomposites

图7 PAN，PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料的气流量-过滤效率图Fig.7 Flow rate and filtration efficiency of PAN, PAN/GO, PAN/rGO nanocomposites

图8示出PAN/GO复合纳米膜的孔径气流分布与孔径尺寸图。PAN/GO纳米膜的孔径尺寸基本上分布在0.6～1.7 μm之间，过滤效率最高的PAN/GO纳米膜的孔径尺寸分布在1.3～1.7 μm之间，过滤效率最低的PAN/GO纳米膜的孔径尺寸分布在1.3～1.9 μm之间，过滤阻力最高的PAN/GO纳米膜的孔径尺寸分布在0.7～1.1 μm之间，综合过滤效果最好的PAN/GO纳米膜的孔径尺寸分布在1.3～1.7 μm之间，因此，孔径尺寸分布在1.3～1.7 μm之间最有利于过滤效率的提高；孔径尺寸分布大于1.3～1.7 μm这个范围，过滤效果显著降低，当孔径尺寸分布在1.3～1.9 μm之间，过滤效率降低了9.07%，Qf值降低了20.75%；孔径尺寸分布小于1.3～1.7 μm这个范围，过滤阻力显著增大，当孔径尺寸分布在0.7～1.1 μm之间，过滤阻力增加了47.01%，Qf值降低了21.99%。

图8 PAN/GO纳米复合材料的孔径气流分布与孔径尺寸图Fig.8 Percent flow and pore size of PAN/GO nanocomposite membranes

纳米膜的孔径尺寸和孔径分布与纤维及添加的石墨烯有关，而纤维的质量相同，故孔径尺寸和孔径分布的变化是由石墨烯引起的。石墨烯片层弹性模量大约为1 TPa，断裂强度为130 GPa[13]。对于模量较大的纳米颗粒填充颗粒，高应力区域出现在颗粒周围，这将导致材中存在微裂隙，微裂隙的存在将会使材料的孔隙增加[14]，因此，随着GO添加量的增加，材料的孔径尺寸变大。而孔径尺寸和孔径分布会影响纳米膜的过滤性能。每个过滤介质及其相关的交互机制将导致结果不同，不同大小的颗粒具有不同的过滤效率。最常见的互动机制是直接拦截、惯性压紧、布朗扩散和重力沉降。过滤器的总过滤效率是由以上的互动机制组成的，即各个的过滤效率组成总的过滤效率[15]。此外，GO质量分数为0.3%时，PAN/GO纳米纤维膜的平均直径为103 nm，与其他样品相比是最细的。同时，直径的大小还会影响纳米膜孔径大小和孔径分布[16]。纤维直径和纳米膜的比表面积成反比，因此该样品具有比较大的比表面积，而比表面积越大，过滤性能相对就越好[17]。

图9 PAN、PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料的孔径气流分布与孔径尺寸图Fig.9 Percent flow and pore size of PAN，PAN/GO and PAN/rGO nanocomposite membranes

图9示出PAN，PAN/GO，PAN/rGO纳米膜的孔径气流分布与孔径尺寸图。当GO和rGO的质量分数均为0.30%时，PAN/GO纳米膜，纯PAN材料以及PAN/rGO纳米复合材料的孔径尺寸分布范围为0.6～1.7 μm。纯PAN材料材料的孔径尺寸分布范围为0.6～1.1 μm。PAN/GO纳米复合材料和PAN/rGO纳米复合材料的孔径尺寸分布范围为1.0～1.6 μm，前者更多集中在1.3 μm附近，而后者更多集中在1.5 μm附近，且后者分布范围更广，但其过滤效果却不同，前者比后者的Qf值大了16.60%，而且PAN/GO纳米膜比纯PAN纳米膜的过滤性能都好，可能是由于添加了GO使PAN/石墨烯纳米膜比纯PAN纳米膜具有更大的孔径尺寸，以及前者比后者对过滤颗粒之间有更大的电荷作用[18]。2.3 抗菌性能分析

2.3.1 抗菌性能的定性实验

图10 PAN、PAN/GO、PAN/rGO试样对大肠杆菌的抗菌性能性检测Fig.10 Qualitative detection of antibacterial properties against Escherichia coli of(1)PAN，PAN/GO， PAN/rGO nanocomposite membranes. (a) Sample contained PAN; (b) Sample without PAN; (c) Sample contained PAN/GO; (d) Sample without PAN/GO; (e) Sample contained PAN/rGO; (f) Sample withou PAN/ rGO

图10示出PAN、PAN/GO、PAN/rGO试样对大肠杆菌的抗菌性能定性检结果。图11示出为PAN、PAN/GO、PAN/rGO试样对金黄色葡萄球菌的抗菌性能定性检测图。由图可看出，PAN、PAN/GO及PAN/rGO试样对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈平均宽度几乎为零，不存在抑菌圈，同时试样覆盖处仍有细菌生长。根据标准GB/20944.1—2007《纺织品抗菌性能的评价 第一部分：琼脂平皿扩散法》的抗菌效果评价，可以认为当GO和rGO的质量分数为0.3%时，PAN/GO及PAN/rGO纳米复合材料不具有抗菌性。然而国外大量文献[19-23]都表明石墨烯复合材料具有一定的抗菌性。造成这种现象的原因主要有2方面原因：1)活性物质的低扩散性阻止了抑菌带的形成，所以即使没有抑菌带，也可认为该种纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抗菌效果[19]；2)石墨烯的添加量太低，细菌繁殖浓度过大，导致复合材料的抗菌性能不断减弱，最终失效。总结以上两种可能，说明PAN/石墨烯纳米复合纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果有限。2.3.2 抗菌性能的定量实验

根据标准GB/20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价 第三部分：振荡法》中相关公式计算得，F=3.7>1.5，其中F为对照样的试验菌增长值。因此，关于大肠杆菌的定量实验是有效的。根据相关公式计算可知：PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料对大肠杆菌的抑菌率分别为32.4%和40.5%，同理，对于金黄色葡萄球菌，F=3.36>1.5，实验为有效的；PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为45.8%和56.7%，结果见表2所示。无论是大肠杆菌还是金黄色葡萄球菌，当GO和rGO的添加量为0.3%时，PAN/rGO和PAN/GO复合材料对金黄色葡萄球菌比大肠杆菌的抗菌效果更好。

表2 PAN/石墨烯纳米复合材料的抗菌结果Tab.2 Quantitative detection of antibacterial properties of PAN/graphene nanocomposites membranes %

对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，复合材料的抗菌性能不同，这是由于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分属于革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，而革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有不同的膜结构，最典型的特征就是其具有不同的肽聚糖层厚度，革兰氏阳性细菌细胞壁的肽聚糖层(约20～80 nm)通常比革兰氏阴性细菌厚(约7～8 nm)[20]。金黄色葡萄球菌具有较厚的细胞壁结构，在一定程度上能够阻碍毒剂到达膜内部，故抗菌性的不同可归因于细菌结构的不同，即细菌细胞膜的渗透性和结构完整性[21]。

3 结 语

1)石墨烯的加入会影响PAN纳米纤维的成纤性能，加入GO后PAN纳米纤维变细，粗细均匀度提高，而加入的GO过多会降低PAN纳米纤维的成纤性；加入等量的GO和rGO，PAN/GO纳米复合材料的成纤性更好，纳米纤维更细，分布更加均匀。

2)PAN/GO纳米复合材料的过滤性能优于PAN纳米材料，GO加入后，PAN纳米纤维的过滤性能会增加，当GO的质量分数为0.30%时，PAN/GO静电纺膜的过滤效果最好。比纯PAN静电纺膜的滤效提高了0.55%，滤阻下降了12.8%。Qf值增大了28.19%。当GO和rGO的质量分数均为0.30%时，PAN/GO纳米复合材料比纯PAN材料和PAN/rGO纳米复合材料的的过滤效果好。

3)GO的质量分数在0～2.00%范围内，PAN/GO纳米复合材料的过滤效率随着气流量的增加而减小。当GO和rGO的质量分数均为0.30%范围内，PAN/GO纳米复合材料、纯PAN材料以及PAN/rGO纳米复合材料的过滤效率均是随着其气流量的增加而减小。

4)纳米复合材料孔径尺寸分布在1.3～1.7 μm之间最有利于过滤效率的提高；孔径尺寸分布大于1.3～1.7 μm这个范围，过滤效果显著降低，当孔径尺寸分布在1.3～1.9 μm之间，过滤效率降低了9.07%，Qf值降低了20.75%；孔径尺寸分布小于1.3～1.7 μm这个范围，过滤阻力显著增大，当孔径尺寸分布在0.7～1.1 μm之间，过滤阻力增加了47.01%，Qf值降低了21.99%。

5)当GO和rGO的质量分数均为0.30%时，PAN/GO和PAN/rGO纳米复合材料对大肠杆菌的抑菌率分别为32.4%和40.5%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为45.8%和56.7%。

FZXB

[1] MAZE B, TAFRESH H, WANG Q, et al. A simulation of unsteady-state filtration via nanofiber media at reduced operating pressures[J]. Journal of Aerosol Science, 2007, 38(5): 550-571.

[2] SAMBAER M, ZATLOUKAL M, KIMMER D. 3D modeling of filtration process via polyurethane nanofiber based nonwoven filters prepared by electrospinning process[J]. Chemical Engineering Science, 2011,66(4): 613-623.

[3] SAMBAER M, ZATLOUKAL M, KIMMER D. 3D air filtration modeling for nanofiber based filters in the ultrafine particle size range[J]. Chemical Engineering Science, 2012,82: 299-311.

[4] SAMBAER M, ZATLOUKAL M, KIMMER D. The use of novel digital image analysis technique and rheological tools to characterize nanofiber nonwovens[J]. Polymer Testing, 2010,29(1): 82-94.

[5] HU W B, PENG C, LUO W J, et al. Graphene -based antibacterial paper[J]. ACS Nano, 2010, 4(7): 4317-4323.

[6] AKHAVAN O, GHADERI E. Toxicity of graphene and graphene oxide nanowalls against bacteria[J]. ACS Nano, 2010, 4(10): 5731-5736.

[7] RUIZ O N, FERNANDO K A S, WANG B, et al. Graphene oxide: a nonspecific enhancer of cellular growth[J]. ACS Nano, 2011, 5(10):8100-8107.

[8] BAO Q, ZHANG D, QI P. Synthesis and characterization of silver nanoparticle and graphne oxide nanosheet composites as a bactericidal agent for water disinfection[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2011, 360(2): 463-470.

[9] VERDEJO R, BARROSO-BUJAN F, RODRIGUEZ-PEREZ M A, et al. Functionalized graphene sheet filled silicone foam nanocomposites[J]. Journal of Materials Chemistry, 2008, 18(19): 2221-2226.

[10] JIANG G J, ZHANG S, QIN X H. High throughput of

quality nanofibers via one stepped pyramid-shaped spinneret[J]. Materials Letters, 2013, 106: 56-58.

[11] CHEN C Y. Filtration of aerosols by fibrous media[J]. Chem Rev, 1955, 55(3): 595-623.

[12] AHN Y C, PARK S K, KIM G T, et al. Development of high efficiency nanofilters made of nanofibers[J]. Current Applied Physics, 2005,6(6): 1030-1035.

[13] LEE C, WEI X D, KYSAR J W, et al. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene[J]. Science, 2008, 321(5887): 385-388.

[14] SUK J W, PINER R D, AN J H, et al. Mechanical properties of mono layer graphene oxide[J]. ACS Nano, 2010, 4: 6557-6564.

[15] BARHATE R S, RAMAKRISHNA S. Nanofibrous filtering media: filtration problems and solutions from tiny materials[J]. Journal of Membrane Science, 2007, 296(1/2): 1-8.

[16] PARK H S, PARK Y O. Filtration properties of electrospun ultrafine fiber webs[J]. Korean Journal of Chemical Engineering, 2005, 22(1): 165-172.

[17] SEMNANI D, GHASEMI-MOBARAKEH L, MORSHED M, et al. A novel method for the determination of cell infiltration into nanofiber scaffolds using image analysis for tissue engineering applications[J]. Journal of Applied Polymer Science,2009, 111(1): 317-322.

[18] CHO D, NAYDICH A, FREY M, et al. Further improvement of air filtration efficiency of cellulose filters coated with nanofibers via inclusion of electrostatically active nanoparticles[J]. Polymer, 2013, 54(9): 2364-2372.

[19] HUMMERS S, OFFEMAN R. Preparation of graphitic oxide[J]. J Am Chem Soc, 1958, 80(6):1339-1339.

[20] KIM J, FIORE A M, LEE H H. Influences of online store perception, shopping enjoyment, and shopping involvement on consumer patronage behavior towards an online retailer[J]. Journal of Retailing and Consumer Services, 2007, 14: 95-107.

[21] QI B, DUN Z, PENG Q. Synthesis and characterization of silver nanoparticle and graphene oxide nanosheet composites as a bactericidal agent for water disin-fection[J]. Journal of Colloid and Interfac Science, 2011, 360(2): 463-470.

Preparation and antibacterial property of high-efficiency low-resistance polyacrylonitrile/graphene nanofiber membrane for gas filtration

YU Gaili1,2, ZHANG Hongnan1,2, ZHANG Jiaojiao1,2, ZUO Xiaofei1,2, QIN Xiaohong1,2

(1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.KeyLaboratoryofMicro-NanoTextileofShanghai,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In view of polyacrylonitrile (PAN) as filter material with the influence on air filtration performance factors, the electrospun graphene/PAN composite membranes containing different contents of graphene were prepared. Filtration efficiency and antibacterial property of membranes were tested, and the influences of air flow rate and pore size distribution membranes on filtration efficiency were studied. Results showed that when the content of graphite oxide (GO) is 0.3%, the average diameter of nanofibers was 103 nm and the filtration efficiency of the composite membrane reaches to maximum; the filtration efficiency of the composite membrane decreases with the increase of flow rate, and pore size between 1.3-1.7 μm was best for improvement of the membrane filtration efficiency; and when the contents of GO and reductive graphite oxide (rGO) were 0.3%, the filtration efficiency of the GO/PAN composite membrane was better than that of the rGO/PAN composite membrane, and though the antibacterial property was the opposite, namely the antibacterial experiment results were PAN/GO and PAN/rGO nanocomposite bacteriostatic rate ofE.coliwere 32.4% and 40.5%, respectively, the inhibition rate ofStaphylococcusaureuswere 45.8% and 56.7%, respectively.

high efficiency with low resistance; polyacrylonitrile; graphene; filtration property; antibacterial property

10.13475/j.fzxb.20161100608

2016-11-01

2016-11-13

国家自然科学基金资助项目(51373033); 长江学者(青年学者)计划资助项目(11172064)；教育部重点支持项目(113027A)；上海市科委“扬帆计划”资助项目(14Y1405100)；河南省重点科技攻关项目(152102210301)；河南省高校科技团队支持计划项目(151RTSTHN011)

余改丽(1990—)，女，硕士生。研究方向为静电纺丝新技术。覃小红，通信作者，E-mail:xhqin@dhu.edu.cn。

TQ 342.3

A