生物質消耗和化石燃料燃燒是造成顆粒物(PM)污染的主要因素,該類污染導致生態紊亂、氣候變化以及與常見呼吸道和心血管疾病有關的全球性健康問題日益嚴重。目前,研究人員已經開始采取措施來控制對PM的過濾。具體而言,納米纖維墊由于其較低的基重、較寬的面積體積比和較小的孔徑,從氣流中去除PM的過濾效率較高。在本綜述中,作者全面考慮了構成靜電紡絲、吹紡和自然/冷凍干燥納米纖維濾材的原材料和制備技術。重點介紹了PM捕獲機理和PM過濾的基本參數,包括去除效率、壓降、品質因數和可重復使用性。此外,作者還就過濾器清潔、低氣流速率和過濾效率方面的挑戰,以及生物基納米纖維墊的未來前景提出來自己的見解。
圖1.大氣中的氣溶膠轉化。
圖2.PM過濾機制。
圖3.(a)解釋了TRAP過濾器PM捕獲機制的示意圖。(b)使用75%乙醇進行噴灑和浸漬處理以評估可重復使用性的示意圖。
圖4.(A)沉積在(a)無紡布,(b)濾紙,(c)金屬網,(d)窗紗等不同接收器基底上的PU納米纖維/網膜的FE-SEM圖像;(e)在使用不同接收器基底的靜電紡絲/成網過程中帶電液體的電荷質量比;(f)沉積在不同基底上的所得膜的納米網覆蓋率;(g)平均線粗糙度;(h)接收器基底的3D表面輪廓顯示光滑和粗糙表面上的納米纖維;(i)剝離沉積的膜后,納米纖維網膜及其各自的基底和接收器基底的SEM圖像。(B)PI-ZIF納米纖維的SEM圖像:(a)PI和(b,c)PI-ZIF-10;(d)PI-ZIF-10透明膜。(C)在不同電壓值下的PAA電紡膜的SEM圖像。(D)由8、10和12wt%PAN制成的納米纖維膜(a,b,c)以及TEOS/PAN納米纖維膜(d,e,f)的形態。
圖5.配備各種針頭、收集基底和注射器的靜電紡絲裝置的示意圖。
圖6.(a)示意圖顯示了分層(左),核殼(中)和janus型(右)兩相纖維形態。(b)通過靜電紡絲制備核(TPP)殼(尼龍-6)納米纖維。(c)制備Janus型納米纖維的離心射流紡絲工藝。
圖7.(A)顯示(a)PPC和(b)PPC/ZIF-8膜纖維表面形態的SEM圖像,以及(b)顯示附著PMs的詳細形態的SEM。(B)1h過濾試驗后的(a)PPC和(b)PPC/ZIF8-9纖維。(C)PU(a-d)和Ba@PU/PSA(e-h)膜的燃燒試驗。(D)(a)連續吹紡設備的示意圖。(b)多噴嘴噴絲頭的數字圖像。(c)一卷納米纖維膜的數字圖像。(d)納米纖維涂覆之前(左側)和之后(右側)的金屬網。(e)納米纖維涂覆之前(左側)和之后(右側)的紡粘織物。(f)各種納米纖維復合材料卷:納米纖維/紡粘織物,納米纖維/80目滌綸紗布和納米纖維/金屬網(從左到右)。
圖8.(A)ZIF-8@rGO通過自然干燥進行原位結晶的示意圖。(B)當TBA含量分別為(a)0%,(B)10%,(c)20%,(d)30%,(e)40%時,由纖維素纖維/水/TBA混合物制備的空氣過濾器的Z方向形貌。(f)冰的晶體結構和冰晶生長動力學的各向異性示意圖。