抗菌碳点的制备及其作为水基润滑添加剂的性能研究

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随着环境保护意识的增强以及能源危机的到来,开发新型润滑剂来替代传统油基润滑剂的呼声日益强烈,水基润滑剂以其环保可再生、原料来源广泛、价格低廉等特点引起学者的注意。但是,水基润滑剂目前尚存在着比较多的问题,需要添加各种润滑添加剂来改善性能,而传统润滑添加剂往往功能单一,多种成分的加入可能会相互影响,因此,寻找集多种功能于一身的润滑添加剂对水基润滑的发展具有重要意义。近年来,碳点(CDs)凭借优异的物理化学性能备受各领域的关注。本文通过在碳点表面修饰聚合物成功制备了具有润滑性能和抗菌性能的水基润滑添加剂。具体研究内容如下:1、本课题首先以聚乙二醇(PEG)和聚乙烯亚胺(PEI)作为前驱体和钝化剂。采用水热法一步制备碳点(P-P-CDs),用作水润滑添加剂。研究结果表明,加入0.2 wt%的P-P-CDs后,水基础液平均摩擦系数下降59.77%,平均磨损量减少57.97%,有效地提升了水基础液的润滑表现。P-P-CDs在水基础液中能够稳定分散至少一个月,并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较为明显的抑制作用,在持续补充菌液的情况下能够保持悬浮液中无细菌存在,展现出较强的分散稳定性和持久抗菌能力。2、为了进一步拓宽水基润滑剂的应用范围,采用基础润滑性能更好的PEG作为基础液。同时,为了探讨不同碳核合成温度对最终碳点的性能影响,首先以柠檬酸为前驱体合成CDs作为碳核,再使用PEG和PEI作为钝化剂修饰碳核,两步法合成了具有润滑性能和抗菌性能的碳点(CPP-CDs)。研究发现,第一步柠檬酸CDs合成温度升高,CPP-CDs的润滑表现有一定的提升。而第一步合成温度过高会导致第二步反应的活性位点相对减少,最终确定在第一步合成温度为200℃时,合成的碳点CPP-CDs200摩擦表现最佳,添加浓度为0.35 wt%时,平均摩擦系数和平均磨损量相较于纯PEG基础液润滑分别下降40.08%与49.8%。系列样品的抗菌性能受温度影响较小,均展现出较为优异的抗菌活性。沉降实验表明CPP-CDs200在PEG基础液中能长时间稳定分散,生物稳定性实验发现在持续补充菌液的前提下能够保持悬浮液中无细菌存在,展现出优异的持续抗菌能力。
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