基于光致高分子活性自由基消除污染物的自清洁纤维研究

The fibers with self-cleaning function can not only lessen the environment and energy problems caused by textiles washing, but also effectively protect the body from the damage of environmental pollutants; therefore, the research on self-cleaning fiber is of great significance. The project intends to take advantage of the high activity of benzophenone-contained sulfonated polyetheretherketone in the excited state for H atoms in some polymers to prepare one composite polymer on fiber by choosing appropriate matching polymer and crosslinking agent, which can generate macromolecular active radicals after light illumination to eliminate contamination; we will analyze the formation and direct-acting mechanism of the active radicals on the photoinduced self-cleaning fiber surface, as well as the indirect-acting mechanism of contamination degradation by the active oxygen radicals due to the single-electron activation of molecular oxygen; and investigate the performance, influencing factors, products and course of decomposition of the simulated contaminant named aldicarb. Through the systemic research, establish a new method for self-cleaning fibers preparation, clarify the self-cleaning process and mechanism of contamination eliminating by photoinduced macromolecular active radicals. The project not only has important academic and practical value for research and development of self-cleaning organic macromolecular materials, but also can provide new ideas for the waste gas and wastewater treatment in the environmental pollution control.

具有自动清洁功能的纤维材料不仅可缓解洗涤带来的环境和能源问题，还能有效保护人体不受环境污染物的伤害，因此，自清洁纤维的研究具有重要的意义。本项目拟利用含二苯甲酮基团的磺化聚醚醚酮在光激发后对某些聚合物中H原子活性较高的特点，通过选择合适的配对聚合物及交联剂，在纤维材料上设计制备出可光照形成对污染物有消除作用的高分子活性自由基的复合聚合物；分析该光致自清洁纤维材料表面活性自由基的形成及其对污染物的直接作用机理，以及通过单电子活化分子氧形成活性氧自由基来分解污染物的间接作用机理；并研究分解模拟污染物涕灭威的性能、各种影响因素及分解产物和历程等一系列基础理论问题。通过系统研究，建立自清洁纤维材料制备的新方法，阐明光致高分子活性自由基消除污染物的自清洁过程和机理，不但对自清洁有机高分子材料的研究开发有重要的学术和应用价值，而且也将为环境污染的废气、废水处理提供新思路。

具有污染物消除功能的自清洁织物能有效屏蔽和去除如细菌、病毒、杀虫剂、污渍等环境污染物，避免这些污染物通过皮肤对人体造成伤害，具有重要的研究价值。本项目基于棉纤维表面研究一种新型的SPEEK/PVA（磺化聚醚醚酮/聚乙烯醇）有机高分子光催化污染物降解体系，其在紫外光照射下可形成活性自由基从而消除污染物，以此为基础制备了SPEEK/PVA改性棉织物，主要研究内容包括：（1）具有光生自由基的SPEEK/PVA复合高分子溶液的制备；（2）SPEEK/PVA成膜、材料表征及性能研究；（3）SPEEK/PVA改性棉纤维织物的制备、表征及性能研究；（4）SPEEK/PVA体系光致高分子自由的分子氧活化机理及其污染物降解机理研究。研究结果表明：SPEEK/PVA复合溶液在紫外光引发下可形成高分子活性自由基且可与O2结合形成活性氧自由基，确定了体系的较优工艺为：SPEEK磺化度为73.3%，SPEEK/PVA比例为1:3，交联剂用量为6wt%，pH为2.3；通过共混-浇注法制备SPEEK/PVA高分子膜，TG、FTIR、SEM、EPR分析得膜内PVA充分交联且与SPEEK均匀分布，膜热稳定性良好，且耐紫外光照射并能产生活性自由基；通过浸渍-焙烘法制备SPEEK/PVA改性棉织物，通过FTIR、SEM、EPR分析表明在棉织物表面，PVA与棉纤维上的羟基交联，并与SPEEK充分混合形成均匀的高分子薄膜，且在紫外光照射下形成活性自由基，赋予改性棉织物消除污染物的性能；SPEEK/PVA改性棉织物对甲基橙的降解性能耐水洗且可重复性高，并且对有毒有害物质敌草隆有较强的降解效果，对革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的金色葡萄球菌的抑菌率分别达到93.33%和87.67%；该体系形成的活性自由基可以与O2结合， O2被单电子还原形成氧化性较强的活性超氧阴离子自由基•O2-及质子化的HO2•游离基，其活性氧机理可通过4个反应过程表示。由甲基橙降解产物的GC-MS分析发现，甲基橙在自由基氧化降解过程中苯环、偶氮键等共扼体系首先被破坏，而后被取代成酚、醇类物质，在强氧化条件下继续氧化成酮、羧酸类物质，开环后氧化成醚、醛类物质，在一定条件下最终可能会变成H2O和CO2。通过该研究，不但为利用太阳光、空气中氧气来净化环境中污染物提供新思路，而且为构筑下一代自清洁高分子材料积累基础数据。