Antibacterial and flame-retardant TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils/chitosan-based sponge for efficient PM2.5 capture

阻燃剂 海绵 壳聚糖 纤维素 化学 抗菌活性 高分子科学 材料科学 化学工程 有机化学 工程类 细菌 遗传学 植物 生物
作者
Yifan Chen,Shite Lin,Weisheng Han,Youwen Chen,Qijun Zhang,La Hu,Wenbiao Zhang,Jingda Huang
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:361: 123642-123642 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2025.123642
摘要

PM2.5, which can carry many bacteria, poses a serious threat to health when inhaled. Therefore, developing porous materials with efficient filtration and antibacterial properties is essential for preventing the invasion of PM2.5 on respiratory health. In this study, we designed a multifunctional sponge filter through the synergistic integration of TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils (TCNF), chitosan (CS), graphene oxide (GO), and lignin hybrid particles. A robust three-dimensional network was constructed via amide cross-linking between TCNF and CS, endowing the sponge with exceptional mechanical stability. GO enhances the PM2.5 interception efficiency through electrostatic adsorption. Additionally, we introduce lignin nanoparticles (LNP) as carriers for growing zinc oxide (ZnO), forming organic-inorganic hybrid particles (LNP@ZnO). This approach minimizes the negative impact of ZnO on the mechanical properties of the sponge while enhancing antibacterial performance. The resulting sponge filter demonstrates high PM2.5 filtration efficiency (99.14 %) with low pressure drop (38 Pa), excellent antibacterial properties against E. coli (92.63 %) and S. aureus (89.05 %), and outstanding flame-retardant properties (LOI value of 27.1 %). This study addresses the limitations of existing systems by minimizing the trade-off between antibacterial performance and mechanical strength, offering a novel approach for the design of advanced air filtration materials.
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