石墨烯-羧甲基棉纖維復(fù)合水凝膠的制備及性能研究.pdf

1、棉纖維紗布是傳統(tǒng)的創(chuàng)面用敷料，價格低廉且使用量大。棉纖維結(jié)晶度高和遇水后不易溶脹的特點(diǎn)，導(dǎo)致纖維本身的吸水性有限，因而對棉纖維制品進(jìn)行表面處理以提高其吸水性能成為了目前高性能醫(yī)用敷料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。將棉纖維制品進(jìn)行羧甲基化改性處理，能使纖維的表皮層形成有親水性羧甲基基團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，吸水溶脹后呈凝膠狀，而纖維的芯層保持原來的天然結(jié)構(gòu)使水凝膠維持一定的力學(xué)性能。羧甲基棉水凝膠具有良好的生物相容性，可用作醫(yī)用水凝膠型敷料的原料。醫(yī)用敷料的功能

2、化，即滿足針對不同使用目的而具有特定的功能是現(xiàn)代醫(yī)用敷料領(lǐng)域的研究方向。石墨烯作為一種生物相容性好，具有高比表面積的新型碳材料吸附劑，其理論比表面積高達(dá)2600m2/g，其很少的量就可以達(dá)到很好的吸附效果。將石墨烯引入羧甲基棉纖維水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，賦予羧甲基棉纖維水凝膠優(yōu)異的吸附能力，使其在藥物負(fù)載方面的性能得到一定程度的提高，對拓寬羧甲基棉纖維水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域有重大的意義。
　　本論文采用醫(yī)用脫脂棉紗布作為纖維原料，首先通過羧甲基化

3、改性處理制備羧甲基棉纖維水凝膠，運(yùn)用單因素分析法考察水與乙醇的質(zhì)量比、氫氧化鈉溶液濃度、氫氧化鈉與氯乙酸的摩爾比對羧甲基棉纖維水凝膠的取代度、吸水性和力學(xué)性能的影響，確定羧甲基化反應(yīng)的最佳制備工藝條件；其次，通過對制備好的羧甲基棉纖維水凝膠與石墨烯分散液進(jìn)行超聲震蕩，使石墨烯復(fù)合到羧甲基棉纖維水凝膠上得到石墨烯/羧甲基棉纖維復(fù)合水凝膠，考察石墨烯分散液濃度對復(fù)合水凝膠吸水性、力學(xué)性能和吸附性能的影響；最后，在不同條件下研究石墨烯/羧甲基

4、棉纖維復(fù)合水凝膠對青藤堿的吸附情況，通過對其動力學(xué)、熱力學(xué)數(shù)據(jù)的模型擬合與計算，對吸附機(jī)理進(jìn)行探討和解釋。得到的主要研究結(jié)論如下：
　　1）通過羧甲基改性處理制備出羧甲基棉纖維水凝膠，其保持高吸水性的同時能維持一定強(qiáng)度的最佳工藝條件為：水與乙醇的質(zhì)量比為50/50、氫氧化鈉濃度為10％以及氫氧化鈉與氯乙酸的摩爾比為1。此時，制得的羧甲基棉纖維水凝膠取代度為0.62，吸水率為756%，吸生理鹽水率為625%，干態(tài)強(qiáng)力為133.63N

5、以及濕態(tài)強(qiáng)為7.9N。
　　2）以前述的最佳制備工藝條件對棉纖維紗布進(jìn)行羧甲基化改性處理再通過與石墨烯分散液超聲震蕩制備石墨烯/羧甲基棉纖維復(fù)合水凝膠，隨著石墨烯濃度的不斷增加，羧甲基棉纖維水凝膠對石墨烯的吸附和負(fù)載逐漸達(dá)到飽和，其吸水性、力學(xué)性能和吸附性能逐漸增加并達(dá)到最高點(diǎn)。當(dāng)石墨烯分散液濃度為0.2mg/ml時，復(fù)合水凝膠的最高吸水率為906%，吸生理鹽水率達(dá)到623%，干態(tài)斷裂強(qiáng)力為118.88N，濕態(tài)斷裂強(qiáng)力為7.69N

6、，對青藤堿的吸附量為45mg/g。
　　3）從吸附動力學(xué)和吸附熱力學(xué)兩個方面研究了其對青藤堿的吸附類型。吸附熱力學(xué)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨烯/羧甲基棉纖維復(fù)合水凝膠對青藤堿的吸附符合Freundlich吸附等溫模型，表明石墨烯/羧甲基棉纖維水凝膠對青藤堿的吸附是既有物理吸附又有化學(xué)吸附的多分子層吸附情況下的非均相吸附。吸附動力學(xué)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨烯/羧甲基棉纖維水凝膠對青藤堿的吸附更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，表明青藤堿在吸附到復(fù)合水凝膠