DOI:10.1016/j.cej.2020.126584
隨著世界上許多國家對空氣質量的日益關注，金屬-有機骨架正在被廣泛研究，以將其應用于開發去除PM2.5的空氣過濾技術。在這項研究中，使用靜電紡絲技術成功制備了聚丙烯酸@沸石咪唑酯骨架-8（PAA@ZIF-8）膜，該膜在PM2.5過濾方面顯示出廣闊的應用前景。PAA@ZIF-8膜的較小孔徑為0.5μm，孔隙率為89.4％，經ZIF-8改性后，PAA@ZIF-8膜獲得了多孔的粗糙納米纖維、正表面zeta電位和高拉伸強度。測試證實，PAA@ZIF-8膜具有優于商用PVDF和電紡PAA膜的PM2.5過濾性能，記錄的PM2.5截留率為99.6％。除了孔徑小以外，PAA@ZIF-8膜的多孔粗糙納米纖維結構還產生了較高的BET表面積（344.9 m2/g），可物理吸附PM2.5顆粒。此外，研究發現ZIF-8涂層納米纖維的正表面zeta電位（PH=7時為67.3mV）有助于吸引在空氣濕度中結合的帶負電的PM2.5顆粒，從而進一步提高PM2.5的過濾速率。
圖1.制備E-PAA@ZIF-8膜的靜電紡絲工藝。
圖2.（a）空氣過濾測試裝置和（b）壓降測量裝置的示意圖。
圖3.（a）ZIF-8晶體的SEM圖像，（b）ZIF-8的粉末XRD圖，（c）ZIF-8在77K下的N2吸附等溫線。實心符號表示吸附，空心符號表示解吸。
圖4.在不同電壓值下PAA電紡膜的SEM圖像。
圖5.含不同PAA濃度（分別為a.6％，b.9％，c.12％和d.15％）的PAA膜的SEM圖像、納米纖維直徑分布、孔徑分布和拉伸應力-應變曲線。
圖6.（a）具有光滑纖維的E-PAA9％膜和（b）具有粗糙纖維以及多孔結構的E-PAA9％@9％ZIF-8膜的SEM圖。（c）E-PAA9％@10.8％ZIF-8膜的SEM圖像和膜形態。（d）PAA9％@9％ZIF-8膜的EDS掃描圖。（e）ZIF-8顆粒、E-PAA9％膜和E-PAA9％@9％ZIF-8膜的XRD圖譜。（f）PAA@ZIF-8膜的BET表面積隨ZIF-8負載百分比的變化。
圖7.（a）PM源的尺寸分布和用于PM檢測的灰塵軌跡配置。（b）膜孔徑，（c）ZIF-8負載百分比和（d）膜厚度對過濾效率和壓降的影響。（e）使用優化的PAA9％@9％ZIF-8和PAA膜時，去除效率和壓降隨氣流速度的變化而變化。（f）使用優化的PAA9％@9％ZIF-8和PAA膜時，品質因數隨氣流速度的變化而變化。
圖8.（a）空氣過濾前后兩種電紡膜的zeta電位變化。（b）空氣過濾前后兩種電紡膜的表面積變化。（c）空氣過濾機理示意圖。
