魔芋葡甘聚糖-明膠-淀粉氣凝膠過濾材料的結構與性能研究

王 唯，王 浩，匡 映，鄭 晗，謝 姣，詹建波, ，姜發(fā)堂

（1.湖北工業(yè)大學生物工程與食品學院，湖北武漢 430068；2.云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，云南昆明 650231）

隨著現(xiàn)代社會高度工業(yè)化和城市化進程的推進，在促進社會發(fā)展和經濟繁榮的同時，也帶來了大氣污染物排放的劇增和室內空氣質量顯著下降等弊端，這些環(huán)境問題日益受到人們的重視。研究顯示，空氣中的污染物可顯著影響人類呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經系統(tǒng)的功能[1?3]，并可能造成臭氧空洞和溫室效應[4?5]，對人類健康和生態(tài)環(huán)境有極大的潛在危害。目前，除了從源頭上阻斷污染物的形成和釋放外，降低氣相污染物最有效的方法則是利用過濾材料對空氣進行吸附和凈化[6]，高效、環(huán)保并具有可持續(xù)性的新型過濾材料的研究與開發(fā)，已成為關乎人類生存和社會發(fā)展的重大課題。

氣凝膠是一種以氣相為分散介質、具有獨特三維納米網(wǎng)絡結構的超輕質多孔固態(tài)材料[7]，其比表面積大、孔隙率高、密度小，通常具有特異性選擇吸附的能力[8]，使之在環(huán)境凈化領域展現(xiàn)了巨大的研究價值和良好的應用前景[9]。

來源廣泛的天然多糖、蛋白質等生物質材料，具有良好的生物相容性，是在食品工業(yè)、農林牧漁、生物醫(yī)藥、化學化工、能源和環(huán)保等多個領域中均占據(jù)重要地位的可再生物質[10]。其中，以魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）為代表的植物多糖易溶于水，粘度高，在水中膨脹度大，能形成三維網(wǎng)狀凝膠結構，成本低廉，是制備環(huán)境友好型氣凝膠的理想原材料[11]。以KGM為基材制備的氣凝膠材料，具有連續(xù)的三維空間網(wǎng)狀結構、低密度、高孔隙率、較大的比表面積、較好的機械性能以及較低的彈性模量等[12?13]，這些性能使之成為良好的吸附劑和氣體過濾材料。周丹等[14]以KGM、羥丙基甲基纖維素、淀粉等幾種天然植物多糖為原料制備得到的氣凝膠比表面積達51.84 m2/g，平均孔徑50 nm。Wang等[12,15]將小麥秸稈加入KGM基氣凝膠中，所制得的復合氣凝膠抗壓強度較高，熱穩(wěn)定性較好。陳茜[16]等利用KGM、淀粉、果膠等植物多糖制備得到氣凝膠的力學性能有了顯著改善，但過濾阻力高達1127 Pa。Wang等[17]將明膠加入KGM基氣凝膠中，0～80 μm的孔數(shù)增幅達387%，過濾阻力僅為59 Pa，但是抗壓能力較差。上述研究結果顯示，以KGM、淀粉、明膠等天然高分子為原料制備得到的氣凝膠有著較好的機械性能與過濾效果，且制備方法綠色環(huán)保，有望取代高度依賴于石油資源、且難以降解的合成有機氣凝膠濾材。然而，目前對KGM基氣凝膠濾材的降解性能和生物安全性研究鮮見報道，其微結構與性能調控也缺乏系統(tǒng)性研究。因此，本研究采用KGM、明膠和淀粉為原料制備KGM-明膠-淀粉（KGS）氣凝膠，以KGM為超輕骨架，利用明膠增加氣凝膠的微孔數(shù)量并降低過濾阻力，支鏈淀粉的樹形分支結構可豐富氣凝膠孔隙的精細結構，形成穩(wěn)固的三維互穿網(wǎng)絡，從而提高其機械強度和穩(wěn)定性。對KGS氣凝膠的微觀結構、力學性能和過濾效果進行考察以優(yōu)化配方，并通過室內土埋法和ISO 14855-1-2012[18]中的受控堆肥法研究其生物降解性能，采用大鼠試驗測定其經口急性毒性，以期研究其降解規(guī)律和生物安全性，為其作為環(huán)境友好型濾材在空氣凈化中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

KGM 武漢力誠生物科技有限公司；馬鈴薯淀粉 武漢林和記食品有限公司；明膠 河北創(chuàng)之源生物科技有限公司；無水乙醇 分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司；去離子水 實驗室自制：Wistar大鼠 SPF級 湖北省實驗動物研究中心（實驗動物合格證號：No.42000600033902）。

DK-S22電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；ME204型分析天平 上海梅特勒-托利多有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司；真空冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；JSM6390LV型掃描電鏡 日本電子儀器有限公司；TMS-PRO型質構儀 美國FTC公司；LZCH型濾料綜合性能測試臺 蘇州華達儀器設備有限公司；全自動恒溫培養(yǎng)箱 上海智城分析儀器制造有限公司；Rx智能型人工氣候培養(yǎng)箱 常州海博儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 KGS氣凝膠的制備 參考Wang[12]的方法，固定KGM和明膠的質量比為1:2，添加淀粉以提高氣凝膠的機械強度，配方表如表1所示。具體制備過程為：將KGM、明膠和淀粉均勻加入90 ℃去離子水中，以1000 r/min的速度攪拌60 min后，得到混合膠液。在90 ℃下將混合膠液倒入模具中成型，在4 ℃環(huán)境下老化0.5 h后，置于?25 ℃環(huán)境中預冷凍16 h，再放入真空冷凍干燥機中凍干48 h，脫模后得到KGS氣凝膠樣品。通過對氣凝膠微觀結構、密度、孔隙率和力學性能等方面的綜合考察，以確定制備氣凝膠的最優(yōu)配方。

表1 KGS氣凝膠的原料配方Table 1 Formulation of KGS aerogels

1.2.2 微觀結構觀察 將氣凝膠切割成長×寬×高為5 mm×5 mm×1 mm的小塊，然后使用導電膠固定在不銹鋼圓臺型樣品臺上，在氬氣的保護下對樣品表面進行噴金，使其具備導電性能，采用JSM6390LV型掃描電鏡在5 kV加速電壓下對制備的氣凝膠微觀結構進行觀察。

1.2.3 表觀密度及孔隙率測定 使用游標卡尺量出成型氣凝膠的直徑與高，用電子天平稱量氣凝膠固體的質量，氣凝膠的密度的按式（1）計算：

式中：ρ表示氣凝膠的密度，g/cm3；D表示成型氣凝膠的直徑，cm；h表示成型氣凝膠的高，cm；m氣凝膠固體的質量，g。

稱量氣凝膠的初始質量，再將其完全浸沒在裝有無水乙醇的燒杯中，隨后置入真空干燥箱中抽真空，使氣凝膠里面的氣泡完全溢出之后取出，再稱量剩余的無水乙醇和燒杯的質量。樣品的孔隙率按公式（2）計算：

式中：P表示孔隙率，%；m0表示氣凝膠浸沒前的初始質量，g；m1表示氣凝膠浸沒于無水乙醇后含燒杯的總質量，g；m2表示取出氣凝膠后稱量剩余的無水乙醇和燒杯的質量，g。

1.2.4 力學性能測試 將氣凝膠在溫度為25 ℃，相對濕度為50%的環(huán)境下平衡48 h，用TMS-PRO型質構儀對氣凝膠的抗壓強度和壓縮模量進行測定，采用P/100的平底探頭。測試參數(shù)為：測前速率為1 mm/s，測試速率為0.5 mm/s，測后速率為2.0 mm/s，壓縮百分比為30%，觸發(fā)類型為自動。每類樣品測試5個。

1.2.5 過濾性能研究 將氣凝膠樣品制成直徑為15 cm，高為3 mm的圓片，采用LZC-H型濾料綜合性能測試臺測試其過濾效率和過濾阻力。測試氣溶膠采用中值直徑為0.26 μm的氯化鈉顆粒物，測試流量為32 L/min。當達到相對穩(wěn)定狀態(tài)時，即測得上下游顆粒物數(shù)量，并由此計算樣品過濾效率，同時記錄下面板上此時的壓差儀的阻力值。樣品的過濾效率按式（3）計算：

式中：η為過濾效率，%；Mu為上游顆粒數(shù)；Md為下游顆粒數(shù)。

樣品的過濾阻力按公式（4）計算：

式中：P1為過濾前管道中的壓力，Pa；P2為過濾后管道中的壓力，Pa。

1.2.6 室內土埋法測定失重率 土壤微生物含量以及生物活性對碳循環(huán)有重要意義[19]，而自然界中微生物活性主要受溫度、濕度以及pH等環(huán)境條件影響，因此，本研究選擇溫度、相對濕度、pH和降解時間為考察因素。結合預試驗結果，土壤微生物活性在在溫度低于50 ℃、相對濕度60%以內、土壤pH在5.0～8.0之間活性較高，因此，確定因素水平表如表2所示，采用L16（44）正交表設計實驗，通過室內土埋法考察不同環(huán)境條件對氣凝膠失重率的影響及規(guī)律。具體實驗方法為：將樣品裁切為截面直徑為7 mm、長度為30 mm的小段，每個配方重復三個樣品，置于25 ℃的真空干燥箱中干燥24 h。分別稱取3.0 g干燥樣品與450 g園林土壤充分混合均勻后放入燒杯中，定期從燒杯中取出氣凝膠樣品，用75%的酒精溶液輕輕洗去表面的污泥。將洗凈的樣品用濾紙吸干后，于50 ℃烘干至恒重，記錄質量。樣品的失重率按公式（5）計算：

表2 正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels table of orthogonal experiment

式中：WL為失重率，%；m0為生物降解實驗前的樣品質量，g；m1為生物降解實驗后樣品的質量，g。

1.2.7 生物降解率測試 按照國際標準ISO 14855-1-2012[18]中規(guī)定的方法進行生物降解實驗。具體步驟如下：以盆栽土壤中有機物在堆肥裝置中產生的堆肥作為接種物，經過3個月發(fā)酵處理后，用5 mm孔篩去除大塊雜質和小生物。實驗前控制接種物總干固體含量在50%～55%，揮發(fā)性固體含量在30%以內，碳氮比值在10～40之間。將新鮮制備的氣凝膠切尺寸為1 cm×1 cm×1 cm小塊，與接種物干燥后以重量比為1:6充分混合后置入容器，并裝滿容器的3/4，再加入適量水并保持水分含量為50%，pH控制在7.0～9.0之間，置于溫度為(58±2) ℃的黑暗密閉環(huán)境中進行測試。試驗期間，保持容器內相對濕度、含氧量和溫度恒定，密切監(jiān)測氧氣濃度以及測試容器進出口二氧化碳濃度，對排出的二氧化碳量進行定期測量和統(tǒng)計。每個樣品設三個平行樣，以空白接種物為對照。

最大理論二氧化碳量按式（6）計算：

式中：ThCO2表示完全氧化一種化合物后產生的最大理論二氧化碳量，g；m是實驗樣品的初始質量，g；Wc是根據(jù)元素分析確定的實驗材料的碳含量，以質量分數(shù)表示。

生物降解率R按公式（7）計算：

1.2.8 生物安全性測試 根據(jù)國標GB15193.3-2014[20]急性經口毒性試驗的方法，選取4～5周齡SPF級Wistar大鼠20只，雌雄各半，稱取供試氣凝膠樣品4.0 g，加適量蒸餾水充分溶脹，配制供試品濃度0.04 g/mL，通過經口給藥的方法，灌胃量為20 mL/kg BW/次，頻率為3次/天，灌胃天數(shù)為14 d，觀察期限為14 d，每次灌胃后，停留30 min觀察大鼠體征，其余時間每日觀察一次，每日觀察受試動物的行為活動，外觀體征，對異常情況做詳細記錄，每只動物測試前期稱一次體重，給藥當日（D1）和D8、D15各稱量一次體重，試驗結束后未死動物采用頸椎脫臼處死，解剖，肉眼觀察頭頸部，四肢，胸腹部，盆腔器官有無異常，并記錄試驗結果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復3 ～ 5次，實驗結果均采用平均值±標準差表示，使用SPSS 12.0.1 統(tǒng)計軟件進行方差分析，選用Duncan進行顯著性差異分析，并以P＜0.05為顯著性檢驗標準，使用Origin 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 KGS氣凝膠的微觀形貌觀察

KGS氣凝膠放大50倍時的掃描電鏡圖片如圖1所示，所有的氣凝膠樣品均呈現(xiàn)完整、連續(xù)的三維網(wǎng)絡結構，孔徑大小分布較均勻。淀粉的加入對氣凝膠的微觀結構有所改變，隨著淀粉含量的增加，氣凝膠孔徑變小，網(wǎng)絡結構更加精細和豐富，為抗壓強度的提高提供可能。當?shù)矸酆吭黾拥?%時，氣凝膠孔徑最小，結構較為復雜，可能是由于此時固形物含量最高，形成的凝膠網(wǎng)絡結構最為致密。這是因為在體系中KGM、淀粉和明膠分子鏈分別水合、互穿，在冷凍過程中，冰晶的生長會將溶質分子擠壓到冰晶體的間隙中，因而固形物含量較高時，形成的冰晶較小，導致干燥后形成孔洞的尺寸較小[21]。

圖1 氣凝膠的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscopy of aerogels

2.2 KGS氣凝膠的密度及孔隙率分析

孔隙率直接反應材料的空間占有體積比，表明材料的密實程度，孔隙率高，則表示密實度小。作為過濾材料，氣凝膠的密度越低、孔隙率越高，則在過濾氣體時其與氣相有更高的接觸面積和吸附界面[22]。KGS氣凝膠的密度和孔隙率測試結果如表3所示，結果顯示，隨著淀粉含量的增加，氣凝膠的密度隨之增加，而孔隙率則隨之降低，加入淀粉之后，不同淀粉含量的KGS氣凝膠的密度和孔隙率都有顯著性差異（P＜0.05）。這是因為加入淀粉后，溶膠體系濃度增加，即單位體積內所含溶質增加，水分減少，凍干后，空氣代替凝膠中的水，從而導致氣凝膠的密度增加，孔隙率降低[21]。這與掃描電鏡圖所反映的結果一致。當?shù)矸酆坎怀^2%時，氣凝膠的孔隙率均在84%以上。

表3 KGS氣凝膠的密度與孔隙率Table 3 Density and porosity of KGS aerogels

2.3 KGS氣凝膠的質構分析

不同淀粉添加量對KGS氣凝膠的力學性能影響如圖2所示。由圖2A的應力-應變曲線可看出，隨著淀粉含量的增加，氣凝膠在30%應變下的抗壓強度逐漸上升，從淀粉添加量為0 g時的73.33 kPa增加到淀粉添加量為4 g時的397.19 kPa，提高了5.4倍。圖2B氣凝膠的壓縮模量數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出了相同的趨勢，可以看到不同淀粉添加量的KGS氣凝膠的壓縮模量存在顯著性差異（P＜0.05），當?shù)矸厶砑恿繛? g時，氣凝膠的壓縮模量為269.74 kPa。隨著淀粉添加量的增加，壓縮模量呈線性升高，當?shù)矸厶砑恿繛? g時達到1117.80 kPa。這是因為淀粉作為一種多糖大分子，加入體系后，與KGM和明膠骨架分子互相纏結，隨著濃度的提高，相互作用的位點增加，分子間的作用力增強，分子鏈移動性降低，從而導致氣凝膠的機械強度提高[12,15]。

圖2 KGS氣凝膠的應力-應變曲線（A）；KGS氣凝膠的抗壓強度（B）Fig.2 The stress - strain curve of the plant polysaccharide based aerogels（A）; Compressive strength of plant polysaccharide based aerogels with different starch content（B）

2.4 KGS氣凝膠的過濾性能研究

KGS氣凝膠的過濾性能測試結果如圖3所示。由圖3A可知，隨著淀粉添加量的增加，氣凝膠對不同粒徑氯化鈉顆粒物的過濾效率均呈現(xiàn)升高的趨勢，尤其是針對粒徑低于2 μm的顆粒物的過濾效率顯著提升（P＜0.05），當?shù)矸厶砑恿窟_到2 g以上時，氣凝膠對PM 1～10顆粒物的過濾效率均在95%以上，無顯著性差異（P＞0.05），且相較未添加淀粉的氣凝膠對PM 1以下顆粒物的過濾效率分別提高了24.9%～114.6%，KGS氣凝膠對0.3 μm的粒子過濾效率顯著高于（P＜0.05）未添加淀粉氣凝膠，且隨著淀粉添加量的增加，過濾效率有顯著提高（P＜0.05）。然而，由圖3B看出，隨著淀粉添加量的增加，氣凝膠的過濾阻力卻顯著（P＜0.05）增大，當?shù)矸厶砑恿窟_到3 g以上時，氣凝膠過濾阻力為未添加淀粉時的30倍以上，此時氣凝膠過濾空氣所需能耗將極大增加，而難以實際應用。

圖3 不同淀粉添加量下KGS氣凝膠對氯化鈉顆粒物的過濾效率及過濾阻力Fig.3 Filtration efficiency and filtration resistance of KGS aerogels with different starch content for sodium chloride particle

2.5 KGS氣凝膠配方的優(yōu)化

過濾效率、過濾阻力是評估濾材過濾性能最重要參數(shù)，而機械強度則決定著濾材的抗壓能力和抗疲勞性能。根據(jù)氣凝膠過濾性能研究結果可知，淀粉添加量越高，KGS氣凝膠的過濾效率越高，但過濾阻力也隨之增大，當?shù)矸厶砑恿繛?～2 g時氣凝膠對粒徑范圍為1～10 μm顆粒物的過濾效率均在90%以上，且過濾阻力和能耗較小；另外，氣凝膠的質構分析結果顯示，淀粉添加量越高，KGS氣凝膠的抗壓強度越高，當?shù)矸厶砑恿俊? g時，氣凝膠的壓縮模量為未添加淀粉時的3.1倍以上，其抗壓能力有較大提升。因此，綜合上述兩方面的檢測數(shù)據(jù)，并兼顧樣品的微觀結構、孔隙率等實驗結果，選擇以KGM、明膠和淀粉投料質量比為1:2:2為最優(yōu)配方，所制得的KGS2氣 凝 膠 密 度 為0.0589 g/cm3，孔 隙 率 達84.9%，抗壓強度為848.34 kPa，過濾阻力為116 Pa，對粒徑范圍為1～10 μm的顆粒物過濾效率均在95%以上。

2.6 環(huán)境條件對KGS2氣凝膠降解的影響規(guī)律研究

使用極值分析法對正交實驗的測試結果進行分析，結果如表4所示，其中k1、k2、k3、k4分別為樣品各個因素的1、2、3、4水平結果的平均值，極差RC分別為氣凝膠各因素的平均值最大值和最小值之間的差值。

由表4所列出的極差分析數(shù)據(jù)可知，對于氣凝膠來說，根據(jù)四個因素的極差值的大小排序可得出各因素對KGS2氣凝膠降解速率的影響主次順序為：A、B、D、C，其降解條件的最優(yōu)組合為：A4B4C4D4，即在溫度為40 ℃、相對濕度為60%、土壤pH為8.0、降解時間為28 d后KGS2氣凝膠達到最大的失重率，為100.00%。由表4可知，溫度為影響生物質濾材降解速率的最主要的因素，在常見溫度范圍內（10～40 ℃），氣凝膠的失重率均隨溫度的升高而逐漸升高，這可能是由于隨著溫度的升高，土壤中菌類所分泌的分解酶的活性逐漸升高，使氣凝膠中的多糖、蛋白等成分降解速度加快所致。其次，隨著濕度的升高，氣凝膠的失重率也有所升高，這可能是因為KGS2氣凝膠中的KGM具較好的吸濕性能，當環(huán)境中濕度較高的情況下，KGM分子直接吸濕并溶脹，而氣凝膠的多孔結構同時能保持足夠高的氧氣含量，這種高濕度、高含氧量的環(huán)境可促進分解多糖的需氧菌的生長與分泌相關酶。另外，土壤的pH對KGS2氣凝膠的失重率也有一定影響，隨著土壤pH從5.0逐漸升高至8.0，KGS2氣凝膠的失重率也隨之逐漸升高，這可能是由于氣凝膠中的KGM分子上的乙酰基在弱堿性環(huán)境下易斷鏈脫去，而使氣凝膠微結構破壞；同時，弱堿性的環(huán)境可能更利于土壤中微生物的生長繁殖，而加速氣凝膠的分解。

表4 KGS2氣凝膠的正交實驗設計及結果Table 4 Orthogonal experimental design and results of KGS2 aerogels

2.7 KGS2氣凝膠生物降解率測試

圖4 中A、B分別為新鮮制備的KGS2氣凝膠和在室溫避光條件下存放62 d KGS2氣凝膠，兩者均色澤白凈，大小均一，結構完整，外觀無明顯變化，說明KGS2氣凝膠樣品在正常儲藏條件下穩(wěn)定性較好。圖4C、D分別為KGS2氣凝膠在降解測試開始第1 d與第62 d的圖片，可以看出，氣凝膠在接種物中經62 d恒溫培養(yǎng)后，外觀形態(tài)發(fā)生較大改變，顏色變深，表面出現(xiàn)大量菌絲，氣凝膠內部結構坍塌，結構顯著破壞，說明KGS2氣凝膠在降解實驗的條件下發(fā)生了較大程度的降解。

圖4 KGS2氣凝膠及其與接種物混合培養(yǎng)圖Fig.4 Photos of KGS2 aerogel and its mixed culture with inoculum

KGS2氣凝膠在62 d內生物降解率數(shù)據(jù)如圖5所示。在前34 d內，氣凝膠的降解率穩(wěn)步上升至44.8%，而從第38 d開始，氣凝膠的降解率急劇上升，在第45 d達到75.3%，之后降解率變化趨于平緩，第62 d時KGS2氣凝膠生物降解率達到78.1%。根據(jù)ISO 14855-1-2012中規(guī)定，在45 d時物質的生物降解率大于70%即為生物可降解材料，說明KGS2氣凝膠具有良好的生物可降解性。

圖5 KGS2氣凝膠62 d內的生物降解率Fig.5 Biodegradation rate of KGS2 aerogels for 62 days

2.8 KGS2氣凝膠生物安全性評價

采用限量法對KGS2氣凝膠的大鼠急性經口毒性進行測試，三次累計灌胃劑量達2.4 g/kg BW，在14 d的觀察期內，所有大鼠均未見明顯中毒癥狀和死亡。實驗結束對未死大鼠進行大體觀察，其被毛干靜，眼、耳、口、鼻均無異常分泌物，胸腹部主要器官如心、肺、肝、脾、腎、胃腸、生殖腺均未見明顯異常。結果顯示KGS2氣凝膠的LD50大于2.4 g/kg BW，根據(jù)急性毒性劑量分級標準[20]，大鼠口服LD50在501～5000 mg/kg為低毒級，大于5000 mg/kg為實際無毒級，表明KGS2氣凝膠可能為低毒或無毒級，生物安全性較高（表5）。

表5 KGS氣凝膠大鼠急性經口毒性試驗結果Table 5 Summary of acute oral toxicity of plant polysaccharide based aerogels in rats

3 結論

本文綜合微觀結構、力學性能和過濾效果等方面的實驗結果，選取最優(yōu)配方為KGM、明膠、淀粉投料質量比為1:2:2，制備得到基于多糖、蛋白質等食源性材料的氣凝膠KGS2。與現(xiàn)有的無機氣凝膠[23?25]和合成有機氣凝膠[26?27]相比，KGS2氣凝膠制備方法低碳環(huán)保、原料價廉易得，兼具良好的機械性能、較低的過濾阻力和較高的過濾效率，其抗壓強度達到848.34 kPa，過濾阻力僅為116 Pa，對PM1～10的顆粒物過濾效率均在95%以上，作為空氣過濾材料具有較高的應用潛能。進一步通過室內土埋法對KGS2氣凝膠的在不同環(huán)境中的降解規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)其在溫度為40 ℃、相對濕度為60%、接種物pH 8.0的環(huán)境中失重率最高，28 d后達100%。利用國際標準ISO 14855-1-2012的要求測得KGS2氣凝膠在45 d后生物降解率達75.3%以上，在第62 d達78.1%，表明KGS2氣凝膠為生物可降解材料，具有較好的生物降解性能。大鼠急性經口毒性試驗結果顯示，該氣凝膠LD50大于2.4 g/kg BW，具有較高的生物安全性。以上結果表明，以KGM、明膠、淀粉作為基材制備的KGS2氣凝膠，在保持較好力學性能的同時，兼具較高的過濾效率和較低的過濾阻力，另外，KGS2氣凝膠較好的生物降解性能、較高的生物安全性和可持續(xù)性，使其有望取代難以降解且資源有限的合成有機濾材，成為新型綠色環(huán)保的氣體過濾材料，在環(huán)境治理和空氣凈化方面極具應用前景。