從不同來源的聚苯乙烯（EPS）廢料中電紡納米纖維及其作為潛在空氣過濾介質的表征

DOI：10.1016/j.wasman.2019.12.017

本文報道了使用靜電紡絲技術從各種來源的泡沫聚苯乙烯（EPS）廢料制備納米纖維膜及其在空氣過濾介質中的應用。濾膜由四種EPS廢物來源制成，即食品包裝、EPS工藝、方便面杯和電子包裝。比較了由這些來源制成的膜的性能，以獲得用于空氣濾池應用的最佳EPS廢物來源。為了制備前驅體溶液，將這些樣品以15、20和25 wt％的濃度溶解在d-檸檬烯：DMF中。測量了固體EPS密度、溶液粘度和表面張力。用掃描電子顯微鏡（SEM）對每種EPS的纖維直徑和形貌進行了表征。對膜的結晶度、潤濕性、機械強度和過濾性能（壓降、PM2.5過濾效率、品質因數）進行了全面的表征和分析。從具有疏水性至超疏水性表面（水接觸角范圍為106至153°）的所有樣品中獲得具有各種形態（珠狀、起皺和光滑的纖維）的均質纖維直徑。另外，EPS固體密度對溶液粘度的影響為?=0.132ρ^0.29，進而影響膜的填充密度、孔隙率和力學性能。總體而言，實驗結果表明，所有EPS納米纖維過濾器都具有作為空氣過濾器介質的巨大潛力。由食品包裝廢料制成的EPS過濾器的溶液濃度為15 wt％，其最高效率和品質因數分別為99.99％和0.15 Pa^-1。

圖1.EPS納米纖維合成工藝示意圖。

圖2.每種電紡EPS納米纖維（a-d）和獲得的纖維形貌（e-g）的SEM圖像。

圖3.（a）溶液粘度與纖維直徑的關系，（b）溶液濃度與粘度的關系，（c）溶液濃度與纖維直徑的關系，以及（d）固體EPS密度與溶液粘度的關系。

圖4.（a）所有樣品的EPS塊和墊子的FTIR和（b）XRD光譜，以及（c）水接觸角測量，圖例（■：EPS1，●：EPS2，▲：EPS3，▼：EPS 4，–：線性擬合，斜率為-0.028，◆：PAN，?：PAN/FPU，?：PCL）。

圖5.EPS納米纖維膜的機械強度試驗表明：（a）拉伸強度與應變曲線；（b）UTS、楊氏模量和韌性與EPS樣品密度；（c）UTS與纖維直徑；（d）楊氏模量與纖維直徑。

圖6.（a）紡絲時間對EPS納米纖維墊厚度的影響，（b）濃度對孔隙率的影響，（c）厚度對壓降的影響。

圖7.（a）過濾機理和涂層形成的SEM圖像，（b）PM_2.5過濾效率和（c）質量因子對EPS過濾器的EPS纖維直徑的影響。