可清洗纳米纤维空气过滤材料研究取得新进展

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2017--11--23 环球过滤分离技术网


研 究 背 景

严重的空气污染问题迫使人们不得不采取一定的防护措施，以避免细微颗粒物对人体造成的侵害。

理想的个体防护用过滤材料应当具备高PM2.5捕集效率、低呼吸阻力以及快速透湿能力。

目前，常用的熔喷驻极过滤材料虽然其初始性能达到了高效低阻的要求，但其在使用中驻极电荷易衰减，从而导致过滤效率大幅下降，且存在透湿量低和不可清洗的缺点。

静电纺纳米纤维因具有纤维直径小、纤维膜孔径小、孔隙率高及结构可调性强等优势，在制备高性能空气过滤材料方面表现出巨大的应用潜力。

但如何使纳米纤维膜在兼具高过滤效率和低空气阻力的同时提升其透湿性能，依然是当前个体防护用空气过滤材料面临的一大挑战。

研 究 简 介

研究者将疏水聚偏氟乙烯（PVDF）纤维与超亲水聚丙烯腈/二氧化硅（PAN/SIO2）纳米纤维相结合，制备出了兼具快速透湿功能及高效PM2.5防护功能的空气过滤材料。

有透湿功能的可清洗空气过滤材料结构示意图及应用性能展示

PVDF纳米纤维作为疏水组分可有效避免高湿条件下纤维间水膜的形成，从而避免了空气阻力的上升；PAN/SIO2纳米纤维作为超亲水组分可实现对湿汽的高效吸附-解吸附，有效提升了材料的湿汽输运能力。

研究发现，当PAN的纤维直径从1.02ΜM降到0.14ΜM时，水分子的解吸速率从10MG MIN-1增加到18MG MIN-1。此外，通过在PAN纳米纤维表面引入亲水基团，可显著提升水分子的吸附-解吸速率。

通过进一步构筑从疏水到超亲水的梯度润湿结构，使透湿速率从10346G M-2 D-1提升至14066G M-2 D-1。同时，该纤维膜对PM2.5的过滤效率高达99.99%、空气阻力低至86PA，且具备良好的可清洗性。

该材料的成功制备对于开发具有热湿舒适性的个体防护用空气过滤材料具有重要指导价值。

该研究工作获得了国家科技支撑计划（2015BAE01B01，2015BAE01B02）、国家自然科学基金（51273038，51322304，51503030）、东华大学中央高校基金（16D110115，16D310110）和上海市科委青年英才“扬帆”计划项目（15YF1400600）的大力资助。

文章来源：纺织学院