CN112962219A - 一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医用卫生材料技术领域，具体涉及一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法，先以稻壳粉、石墨烯‑纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，在制备壳层溶液时，先将聚乙烯醇溶于水中制成水溶液，再将酯化稻壳粉、石墨烯‑纳米二氧化铈复合粉末、虎杖根提取物分散于甲醇中制成甲醇溶液，最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀即可；在制备芯层溶液时，先将十六烷基三甲基溴化铵溶于甲醇中，然后加入稻壳粉，超声波分散均匀即得。本发明所得纳米纤维膜具有较好的空气净化效果，可用于口罩制作，制得的口罩防护效果好，使用舒适度好，力学性能佳。

Description

一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法
技术领域
本发明属于医用卫生材料技术领域。更具体地，涉及一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法。
背景技术
随着工业化的快速发展，全球空气污染越来越严重，雾霾就是目前常见的污染现象。研究表明，PM2.5颗粒物的浓度水平与呼吸系统、心肺疾病的发病率及死亡率有不可忽视的关系。近年来人们越来越重视自身防护，口罩就是最为常见的一种个人卫生防护用品，是以人体呼吸力为动力，净化大气环境以满足人体对洁净空气的需求。
对于口罩而言，纤维过滤层的过滤效率的高低决定了口罩的使用效果，而空气阻力的高低决定了口罩的使用舒适度。良好的纤维过滤材料应兼具高过滤效率、低空气阻力、良好安全性等特点。
纳米纤维是指纤维直径大小处于纳米尺寸范围内的超细纤维。与常规纤维相比，纳米纤维具有的界面效应、小尺寸效应以及大的比表面积等特点，非常适合用作口罩过滤层。纳米纤维制成的口罩，可以通过物理拦截和表面吸附作用过滤空气中的污染物，具有高的过滤效率以及良好的安全性，因而备受关注。
尽管纳米纤维具有天然的技术优势，但是在口罩生产中却仍有很多问题，比如力学性能欠佳，容易部分堆积或分离，进而影响口罩的防护效果和使用舒适度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有纳米纤维制成的口罩防护效果、使用舒适度和力学性能等指标欠佳的缺陷和不足，提供一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜及制备方法。
本发明的目的是提供一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法。
本发明另一目的是提供利用上述制备方法得到的一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜。
本发明另一目的是提供上述生物基空气净化纳米纤维膜在制作口罩中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，以重量份计，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1份聚乙烯醇溶于4～5份水中，得到水溶液；
(3)再将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，继续加入3～4份稻壳粉、0.01～0.02份石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8～1份虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
以重量份计，所述芯层溶液是先将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，然后加入3～4份稻壳粉，超声波分散均匀而得。
优选的，所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至30～40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
优选的，所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
进一步优选的，环加成反应的具体方法为：先将1份改性纳米二氧化铈与4～5份改性石墨烯超声分散于10～12份二甲基甲酰胺中，接着加入0.1～0.12份抗坏血酸钠、0.03～0.04份氯化铜，加热回流反应4～5小时即可。
优选的，聚乙烯醇的聚合度为1000～1500，醇解度为92～95％。
优选的，同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为20～22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12～15cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4～0.6mL/h、0.8～1mL/h。
优选的，步骤(1)中，以重量份计，预处理的具体方法为：先将1份新鲜虎杖根洗净、粉碎至30～50目，然后加入5～7份去离子水中，搅拌打浆，在100～120MPa和35～40℃条件下均质化处理5～7分钟即可。
优选的，步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30～35℃和200～220r/min条件下，培养8～10小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以2～3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
优选的，步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30～35℃发酵20～25小时。
优选的，步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100份溶剂中加入8～10份发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取4～6小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.3～0.4的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
优选的，超声波分散的工艺条件为：300～500W超声波分散50～70分钟。
利用上述制备方法得到的一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜。
上述生物基空气净化纳米纤维膜在制作口罩中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，在制备壳层溶液时，先将聚乙烯醇溶于水中制成水溶液，再将稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、虎杖根提取物分散于甲醇中制成甲醇溶液，最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀即可；在制备芯层溶液时，先将十六烷基三甲基溴化铵溶于甲醇中，然后加入稻壳粉，超声波分散均匀即得。本发明所得纳米纤维膜具有较好的空气净化效果，可用于口罩制作，制得的口罩防护效果好，使用舒适度好，力学性能佳。
本发明采用同轴静电纺丝制备纳米纤维膜，芯层溶液的主要成分为稻壳粉，壳层溶液的主要成分包括稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物等，在同轴静电纺丝过程中，芯层溶液流速快，壳层溶液流速慢，使得表面充分形成交联物，提高口罩的防护效果，同时提高口罩的力学性能，孔隙丰富，改善使用舒适度。
本发明的主要原料为稻壳粉，稻壳粉中含有丰富的纤维素、木质素，通过后续交联提高了产品的力学性能。将稻壳粉作为芯层溶液的主要成分，具有良好的支撑作用，保证产品的力学性能，孔隙丰富，使用舒适度好。
虎杖根提取物是以新鲜虎杖根为原料制得，先制成虎杖根浆液，再接种植物乳杆菌发酵，最后经液膜萃取而得。在虎杖根提取物中含有白藜芦醇等成分，提供活性基团羟基，促进聚乙烯醇、稻壳粉等的交联，进一步改善产品的力学性能和防护效果。
本发明还引入了石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末，石墨烯、纳米二氧化铈二者协同改善杀菌作用，并且，纳米尺寸进一步改善吸附效果，提高空气净化效果，从而进一步改善产品的防护效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1kg聚乙烯醇溶于4kg水中，得到水溶液；
(3)再将0.1kg十六烷基三甲基溴化铵溶于8kg甲醇中，继续加入4kg稻壳粉、0.01kg石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、1kg虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
所述芯层溶液是先将0.08kg十六烷基三甲基溴化铵溶于10kg甲醇中，然后加入3kg稻壳粉，超声波分散均匀而得。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
环加成反应的具体方法为：先将1kg改性纳米二氧化铈与4kg改性石墨烯超声分散于12kg二甲基甲酰胺中，接着加入0.1kg抗坏血酸钠、0.04kg氯化铜，加热回流反应4小时即可。
聚乙烯醇的聚合度为1500，醇解度为92％。
同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4mL/h、0.6mL/h。
步骤(1)中，预处理的具体方法为：先将1kg新鲜虎杖根洗净、粉碎至50目，然后加入5kg去离子水中，搅拌打浆，在120MPa和35℃条件下均质化处理7分钟即可。
步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30℃和220r/min条件下，培养8小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30℃发酵25小时。
步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100kg溶剂中加入8kg发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取6小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.3的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
超声波分散的工艺条件为：500W超声波分散50分钟。
实施例2
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1kg聚乙烯醇溶于5kg水中，得到水溶液；
(3)再将0.08kg十六烷基三甲基溴化铵溶于10kg甲醇中，继续加入3kg稻壳粉、0.02kg石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8kg虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
所述芯层溶液是先将0.1kg十六烷基三甲基溴化铵溶于8kg甲醇中，然后加入4kg稻壳粉，超声波分散均匀而得。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至30目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
环加成反应的具体方法为：先将1kg改性纳米二氧化铈与5kg改性石墨烯超声分散于10kg二甲基甲酰胺中，接着加入0.12kg抗坏血酸钠、0.03kg氯化铜，加热回流反应5小时即可。
聚乙烯醇的聚合度为1000，醇解度为95％。
同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为20kV，注射器针头与接收器之间的接收距为15cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.8mL/h、1mL/h。
步骤(1)中，预处理的具体方法为：先将1kg新鲜虎杖根洗净、粉碎至30目，然后加入7kg去离子水中，搅拌打浆，在100MPa和40℃条件下均质化处理5分钟即可。
步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在35℃和200r/min条件下，培养10小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以2％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
步骤(1)中，发酵的工艺条件为：35℃发酵20小时。
步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100kg溶剂中加入10kg发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取4小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.4的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
超声波分散的工艺条件为：300W超声波分散70分钟。
实施例3
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1kg聚乙烯醇溶于4.5kg水中，得到水溶液；
(3)再将0.09kg十六烷基三甲基溴化铵溶于9kg甲醇中，继续加入3.5kg稻壳粉、0.015kg石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.9kg虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
所述芯层溶液是先将0.09kg十六烷基三甲基溴化铵溶于9kg甲醇中，然后加入3.5kg稻壳粉，超声波分散均匀而得。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
环加成反应的具体方法为：先将1kg改性纳米二氧化铈与4.5kg改性石墨烯超声分散于11kg二甲基甲酰胺中，接着加入0.11kg抗坏血酸钠、0.035kg氯化铜，加热回流反应4.5小时即可。
聚乙烯醇的聚合度为1200，醇解度为93％。
同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为21kV，注射器针头与接收器之间的接收距为13cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.5mL/h、0.9mL/h。
步骤(1)中，预处理的具体方法为：先将1kg新鲜虎杖根洗净、粉碎至40目，然后加入6kg去离子水中，搅拌打浆，在110MPa和38℃条件下均质化处理6分钟即可。
步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在33℃和210r/min条件下，培养9小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以2.5％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
步骤(1)中，发酵的工艺条件为：33℃发酵23小时。
步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100kg溶剂中加入9kg发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取5小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.35的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
超声波分散的工艺条件为：400W超声波分散60分钟。
对比例1
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成纺丝溶液，然后通过静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，纺丝溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1kg聚乙烯醇溶于4kg水中，得到水溶液；
(3)再将0.1kg十六烷基三甲基溴化铵溶于8kg甲醇中，继续加入4kg稻壳粉、0.01kg石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、1kg虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的纺丝溶液。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
环加成反应的具体方法为：先将1kg改性纳米二氧化铈与4kg改性石墨烯超声分散于12kg二甲基甲酰胺中，接着加入0.1kg抗坏血酸钠、0.04kg氯化铜，加热回流反应4小时即可。
聚乙烯醇的聚合度为1500，醇解度为92％。
静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12cm，纺丝溶液的流速为0.5mL/h。
步骤(1)中，预处理的具体方法为：先将1kg新鲜虎杖根洗净、粉碎至50目，然后加入5kg去离子水中，搅拌打浆，在120MPa和35℃条件下均质化处理7分钟即可。
步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30℃和220r/min条件下，培养8小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30℃发酵25小时。
步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100kg溶剂中加入8kg发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取6小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.3的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
超声波分散的工艺条件为：500W超声波分散50分钟。
对比例2
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将1kg聚乙烯醇溶于4kg水中，得到水溶液；
(2)再将0.1kg十六烷基三甲基溴化铵溶于8kg甲醇中，继续加入4kg稻壳粉、0.01kg石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(3)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
所述芯层溶液是先将0.08kg十六烷基三甲基溴化铵溶于10kg甲醇中，然后加入3kg稻壳粉，超声波分散均匀而得。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
环加成反应的具体方法为：先将1kg改性纳米二氧化铈与4kg改性石墨烯超声分散于12kg二甲基甲酰胺中，接着加入0.1kg抗坏血酸钠、0.04kg氯化铜，加热回流反应4小时即可。
聚乙烯醇的聚合度为1500，醇解度为92％。
同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4mL/h、0.6mL/h。
超声波分散的工艺条件为：500W超声波分散50分钟。
对比例3
一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，先以稻壳粉、石墨烯、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1kg聚乙烯醇溶于4kg水中，得到水溶液；
(3)再将0.1kg十六烷基三甲基溴化铵溶于8kg甲醇中，继续加入4kg稻壳粉、0.01kg石墨烯、1kg虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
所述芯层溶液是先将0.08kg十六烷基三甲基溴化铵溶于10kg甲醇中，然后加入3kg稻壳粉，超声波分散均匀而得。
所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
聚乙烯醇的聚合度为1500，醇解度为92％。
同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4mL/h、0.6mL/h。
步骤(1)中，预处理的具体方法为：先将1kg新鲜虎杖根洗净、粉碎至50目，然后加入5kg去离子水中，搅拌打浆，在120MPa和35℃条件下均质化处理7分钟即可。
步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30℃和220r/min条件下，培养8小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30℃发酵25小时。
步骤(1)中，液膜萃取的工艺条件为：每100kg溶剂中加入8kg发酵液，超声波振荡均匀，引入液膜萃取系统，萃取6小时，分离，收集上清液即可；其中，所述溶剂是由质量比1：0.3的甲醇、乙酸丁酯混合搅匀而得。
超声波分散的工艺条件为：500W超声波分散50分钟。
试验例
将实施例1～3或对比例1～3所得纳米纤维膜进行性能测试，结果见表1和表2。
其中，呼气阻力、吸气阻力，参考GB/T32610-2016；
细菌过滤效率、颗粒过滤效率，参考YY0469-2011；
采用HY-10080门式电子万能材料试验机(购自上海衡翼精密仪器有限公司)进行力学性能检测。
表1.防护效果和使用舒适度考察
Figure BDA0002926500340000111
表2.力学性能考察
拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 55 38.93
实施例2 56 39.11
实施例3 59 39.65
对比例1 38 25.43
对比例2 42 29.93
对比例3 50 35.57
由表2可知，实施例1～3所得口罩面料的过滤效率高，机械性能好。
由表1和表2可知，实施例1～3所得纳米纤维膜的呼气阻力、吸气阻力低，具有良好的透气性，使用舒适度好；对细菌、颗粒的过滤效率高，防护效果好；力学性能佳。
对比例1用静电纺丝替换同轴静电纺丝，对比例2在制备壳层溶液时略去虎杖根提取物，对比例3在制备壳层溶液时用石墨烯替换石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末，所得纳米纤维膜的防护效果差，力学性能差，说明同轴静电纺丝和壳层溶液组成协同改善产品的防护效果和力学性能。对比例1和对比例2呼气阻力、吸气阻力因为交联度小的问题反倒会变小，但是对比例3的呼气阻力、吸气阻力变大，这可能是因为石墨烯、纳米二氧化铈复合后的特殊表面结构更有利于气体通过。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，先以稻壳粉、石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、聚乙烯醇、虎杖根提取物为原料制成芯层溶液或壳层溶液，然后通过同轴静电纺丝制成纳米纤维膜；其中，以重量份计，壳层溶液的制备方法如下：
(1)先将新鲜虎杖根经预处理制成虎杖根浆液，接种植物乳杆菌，发酵，过滤，得到发酵液，再将发酵液经液膜萃取，得到虎杖根提取物，备用；
(2)然后将1份聚乙烯醇溶于4～5份水中，得到水溶液；
(3)再将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，继续加入3～4份稻壳粉、0.01～0.02份石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末、0.8～1份虎杖根提取物，超声波分散均匀，得到甲醇溶液；
(4)最后将水溶液与甲醇溶液搅拌混匀，即得所述的壳层溶液；
以重量份计，所述芯层溶液是先将0.08～0.1份十六烷基三甲基溴化铵溶于8～10份甲醇中，然后加入3～4份稻壳粉，超声波分散均匀而得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稻壳粉的制备方法如下：先将干燥稻壳粉碎至30～40目，接着超微粉碎至1μm以下，得到稻壳粉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末的制备方法如下：先将纳米二氧化铈进行炔基化修饰得到改性纳米二氧化铈，对石墨烯进行叠氮化修饰得到改性石墨烯，然后将改性纳米二氧化铈与改性石墨烯通过环加成反应，过滤，即得所述的石墨烯-纳米二氧化铈复合粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚乙烯醇的聚合度为1000～1500，醇解度为92～95％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，同轴静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝电压为20～22kV，注射器针头与接收器之间的接收距为12～15cm，壳层溶液、芯层溶液的流速分别为0.4～0.6mL/h、0.8～1mL/h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以重量份计，预处理的具体方法为：先将1份新鲜虎杖根洗净、粉碎至30～50目，然后加入5～7份去离子水中，搅拌打浆，在100～120MPa和35～40℃条件下均质化处理5～7分钟即可。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，先将植物乳杆菌接种至MRS培养基中，在30～35℃和200～220r/min条件下，培养8～10小时，得到植物乳杆菌种子液，再将种子液以2～3％体积接种量接种至虎杖根浆液中。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，发酵的工艺条件为：30～35℃发酵20～25小时。
9.利用权利要求1～8中任一项所述制备方法得到的一种用于口罩的生物基空气净化纳米纤维膜。
10.权利要求9所述生物基空气净化纳米纤维膜在制作口罩中的应用。
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