DOI 10.1007/s12221-021-0404-4
納米纖維海綿具有超低密度、高比表面積等優點，在過濾分離領域顯示出巨大的潛力。為了制備用于高溫煙霧過濾的納米纖維海綿，選擇了耐腐蝕和耐高溫的聚四氟乙烯（PTFE）為原料。通過靜電紡絲法制備的PTFE納米纖維內部呈現出不規則的凹凸孔，可以增大比表面積并進一步提高過濾性能。然而，由PTFE納米纖維制成的海綿收縮嚴重，這限制了海綿制品的發展。在這項研究中，將由聚酰胺酸（PAA）納米纖維加工而成的聚酰亞胺（PI）納米纖維引入PTFE海綿中，以增強其尺寸穩定性。還研究了影響復合海綿形態、孔隙率、收縮率和熱力學性質的參數。此外，測試了復合海綿的過濾性能。結果表明，所制備的PTFE/PI復合納米纖維海綿具有高孔隙率（94.34-98.12％），優異的熱穩定性（在550℃以上）和良好的過濾效率（對PM2.0的最大過濾效率達到99.97％），在高溫過濾領域具有廣闊的應用前景。
圖1.（a）海綿的制備過程示意圖，（b）PTFE/PI海綿的SEM圖像，以及（c）在不同溫度下燒結的海綿的外觀（PAAs:PTFE=4:6，纖維含量為1％）。
圖2.懸浮液中纖維含量為1％，燒結溫度為300℃時，PAAs/PTFE比例不同的海綿的SEM圖像；（a-a'）0:10，（b-b'）2:8，（c-c'）3:7，（d-d'）4:6，（e-e'）5:5，（f-f'）10:0，（g）在不同溫度下燒結后不同海綿的孔隙率，以及（h）在不同溫度下燒結后不同海綿的收縮率。
圖3.當PAAs/PTFE的比例為4:6，燒結溫度為300℃時，不同纖維含量的海綿的SEM圖像：（a）0.5％，（b）1％，（c）1.5％，（d）2％，（e）在不同溫度下燒結后不同纖維含量的海綿的孔隙率，（f）在不同溫度下燒結后不同纖維含量的海綿的收縮率。
圖4.當PAAs/PTFE的比例為4:6，纖維含量為1％時，不同溫度下燒結的海綿的SEM圖像：（a-a'）0℃，（b-b'）250℃，（c-c'）300℃，（d-d'）350℃，（e-e'）380℃。
圖5.（a）PTFE/PI海綿的氮氣吸附-解吸等溫線，其中PAAs/PTFE的比例為4:6，纖維含量為1％，燒結溫度為300℃，（b）相關的BJH孔徑分布由氮氣吸附支和吸附等溫線計算得出。
圖6.不同纖維含量的海綿的孔徑和孔徑分布，其中PAAs/PTFE的比例為4:6，燒結溫度為300℃：（a）0.5％，（b）1％，（c）1.5％，和（d）2％。
圖7.燒結前后復合海綿的FTIR光譜。
圖8.（a）PTFE-PEO、PAAs和PI納米纖維的DSC曲線，（b）PEO和PTFE-PEO納米纖維的TG曲線，（c）具有不同PAAs/PTFE比的復合海綿的TG曲線，以及（d-d'）在不同燒結溫度下制備的復合海綿的TG曲線。
圖9.海綿在（a）不同燒結溫度和（b）不同纖維含量下的壓縮應變-應力曲線，（c）與其他海綿相比，PTFE/PI海綿的最大應力-應變曲線，（d）不同海綿在80％壓縮應變下的抗壓強度與密度的關系圖。
圖10.當PAAs/PTFE的比例為4:6，燒結溫度為300℃時，海綿的過濾性能；（a）海綿的過濾效率，（b）不同過濾時間下海綿的壓降，（c）不同過濾時間下海綿對PM1.0的過濾效率，以及（d）不同過濾時間下海綿對PM2.0的過濾效率。
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