SCMs|紡錘狀纖維結構的設計及其PM2.5過濾性能

2021-02-27 中國科學材料

城市霧霾，特別是其中的PM2.5顆粒(當量直徑≤2.5 μm)，因其自身危害及其攜帶的病原體對公共健康具有嚴重威脅而被人們廣泛關注。靜電紡絲納米纖維作為空氣過濾膜實現PM2.5高效捕獲是國內外研究熱點，但現有的紡絲濾膜仍存在無法兼顧高過濾效率和低空氣阻力的問題。近日，中南大學張毅副教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，根據蛛絲微觀結構特點，採用靜電紡絲技術，通過在紡絲纖維內部引入不同形貌黏土礦物及其微球前驅體的策略，可實現複合纖維及其濾膜材料的多級結構構築和微觀形貌調控，成功設計具有紡錘狀埃洛石微球節點的仿生納米纖維濾膜材料。其纖維表面富含親水基團及活性位點，粗糙的表面形貌具有高表面能及PM2.5顆粒的強捕獲性。對比純紡絲濾膜(62.59 μm)，紡錘狀節點濾膜具有蓬鬆的纖維膜層間架構(74.17 μm)及窄尺寸的表面孔隙，可實現穩定高效的PM2.5過濾效率(>85.0%)及持續低壓差阻力(~39 Pa)。

圖1 仿生納米纖維濾膜的製備、表徵和空氣過濾性能。

本文探索了納米纖維的官能化、多層次結構構建和微觀形貌調控對紡絲濾膜過濾性能的影響及其過濾機制理論，為其他新型高性能高分子納米纖維複合材料的設計和開發提供了借鑑。

相關結果最近發表於Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1506-6。


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