青島大學龍云澤Compos. Commun.：聚偏二氟乙烯復合納米纖維過濾器可高效捕集PM2.5

DOI:10.1016/j.coco.2020.100533

濾料在細顆粒物（PM）的捕集中得到了廣泛的應用，但仍然存在過濾效率低、清洗困難、空氣流量低等問題。在這項工作中，通過靜電紡絲技術在過濾材料上引入了超薄聚偏二氟乙烯（PVDF）納米纖維層，從而實現了高性能的PM2.5捕獲以及材料的高生產率（1000平方米/天）。電紡PVDF納米纖維對PM2.5具有較強的截留和吸附能力，因此，過濾材料對PM2.5的過濾效率顯著提高（69.958％-98.161％）。復合過濾器具有較高的空氣流量（278.4mm/s）和較低的壓降（30Pa）。此外，長期過濾和通風率實驗表明，該復合過濾器具有穩定的高過濾效率（98.137％-96.36％）和通風率。電紡PVDF纖維還具有一定的疏水性，可以有效延長復合濾芯的使用壽命。這種高性能的復合納米纖維膜有望成為PM2.5捕集和個人健康防護的理想過濾器。

圖1.靜電紡絲設備。（a）用于生產PVDF納米纖維的靜電紡絲設備的圖片。（b）具有旋轉噴絲頭的靜電紡絲裝置的示意圖。

圖2.電紡PVDF的SEM圖像。（a）-（i）比較在不同靜電紡絲條件下復合過濾器的結構和形狀，圖右上角是纖維的粒徑分布。

圖3.大規模生產的PVDF復合過濾器的光學圖片。

圖4.電紡PVDF納米纖維膜的FTIR光譜。

圖5.復合過濾器的過濾效率評估。（a）-（f）比較不同復合過濾器的PM去除效率。（g）過濾前PVDF-I復合過濾器的SEM圖像。（h）過濾后PVDF-I復合過濾器的SEM圖像顯示PM附著。（i）比較不同復合過濾器的PM2.5去除效率。

圖6.復合過濾器的疏水性。（a）水靜態接觸角的測量原理。（b）普通過濾器的水靜態接觸角。（c）不同復合過濾器的水靜態接觸角。

圖7.復合過濾器的通風率評估。（a）不同樣品的通氣率。（b）不同樣品的壓降。（c）空氣通過普通過濾器的示意圖。（d）空氣通過復合過濾器的示意圖。

圖8.復合過濾器的長期性能。（a）PVDF-I復合過濾器的長期PM2.5和PM2.5-10去除效率。（b）PVDF-I復合過濾器的長期通風率。