DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125739
聚酰亞胺納米纖維（PINF）氣凝膠材料因其出色的熱力學性能和獨特的多孔結構而在隔熱、傳感器和過濾應用中備受關注。但是，PINF在有機溶劑（二氧六環或二甲基亞砜）中很難分散，并且尺寸不穩定性一直是限制PINF氣凝膠制備的問題，尤其是在水中。因此，以水為分散劑制備結構穩定的聚酰亞胺氣凝膠具有重要意義。在這項工作中，將電紡聚酰亞胺納米纖維前體（聚酰胺酸（PAA）納米纖維（PAANF））均勻地分散在水中，然后將三乙胺作為粘合劑添加到封端型PAA低聚物中。所得的PINF氣凝膠具有優異的力學性能和出色的彈性，在50％應變下的最大壓縮應力為7.03kpa。此外，由于氣凝膠具有極高的孔隙率（98.4％）和分層多孔結構，對PM2.5表現出很高的過濾效率（99.83％），而壓降低于相應的納米纖維膜材料，這有利于氣凝膠在高溫過濾等領域的應用。
圖1.示意圖顯示PINF氣凝膠的制備過程（a）及其優異的力學性能：（b）數字圖像顯示壓縮后PINF組裝氣凝膠可以恢復至其原始狀態。（c）數字圖像顯示氣凝膠樣品可以置于植物尖端。（d-e）圖像顯示PINF組裝氣凝膠的極佳柔性，直尺的單位為mm。
圖2.具有不同TEA含量的PINF組裝氣凝膠的SEM圖像。（a）不含TEA。PAANF和TEA的質量比為（b）10:1，（c）7:1，（d）5:1，（e）2:1（比例尺分別為5μm和200μm）。
圖3.PINF組裝氣凝膠的尺寸穩定性和熱穩定性。（a）含PINF-5和PINF-2的氣凝膠樣品的照片。（b）不同TEA濃度的PINF氣凝膠的收縮率和密度。（c）PINF氣凝膠樣品的孔隙率。（d）亞胺化前后樣品PINF-5的FTIR光譜。（e）氣凝膠樣品的TG和DTG曲線。（f）PINF氣凝膠（25-300℃）的儲能模量、損耗模量和阻尼系數的變化。
圖4.PINF組裝氣凝膠的力學性能。（a）在50％應變下添加不同量TEA的PINF氣凝膠的壓縮應力-應變曲線。（b）氣凝膠樣品PINF-5在20％、30％、50％、70％應變下的壓縮應力-應變曲線。（c）樣品PINF-5在不同應變率下的壓縮應力-應變曲線。（d）PINF-5氣凝膠在50％應變下的循環壓縮曲線。（e）在循環壓縮試驗過程中，高度保持率（％）和最大應力的變化。（f）氣凝膠樣品PINF-5的拉伸應力-應變曲線。（g）示意圖說明了通過PAA前體粘合納米纖維的過程以及在力作用下結構的穩定性。
圖5.PINF組裝氣凝膠（PINF-5）對PM2.5的過濾性能。（a）氣凝膠樣品、PI膜和商用AF在不同氣流速度下的壓降。（b）過濾效率隨風速的變化。（c）氣流速度為7.1cm/s時，不同尺寸（0.3μm，2.5μm，10μm）的顆粒物的過濾效率。（d）在相同的氣流速度（7.1cm/s）下比較氣凝膠和其他樣品的品質因數。（e）不同基重的氣凝膠樣品的過濾效率和壓降，以及（f）相應的品質因數。（g）該圖顯示了氣凝膠對煙餅產生的高溫氣體的去除效果（左圖是無過濾介質的煙流，右圖對應于氣凝膠樣品PINF-5的效果），以及（h）監測氣凝膠對PM2.5和PM10的長期過濾效果。另外，為了表征氣凝膠材料的回收性能，在乙醇溶劑中進行了超聲波處理，以盡可能多地去除吸附的顆粒（圖6a）。顯然，在乙醇中處理后，氣凝膠仍保持良好的力學性能，并且可以承受大規模彎曲。更重要的是，氣凝膠可以保持其穩定的三維網絡結構，幾乎沒有變形，并且在氣凝膠網絡結構中沒有發現明顯的顆粒（圖S6）。另外，對PM2.5的過濾效率可在5個循環內保持在99.5％以上，這表明它具有穩定的顆粒過濾效果（圖6b）。
圖6.（a）在乙醇中處理過的氣凝膠（PINF-5）的數字圖像。（b）氣凝膠在五個循環期間的過濾效率。示意圖說明PINF組裝氣凝膠的過濾機理。（c）多孔結構的攔截作用，和（d）單根納米纖維對顆粒物的擴散作用。（e）SEM圖像顯示氣凝膠頂部、中部和底部的顆粒物分布。
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