纖維直徑、過濾器厚度和填料密度對靜電紡絲納米纖維空氣過濾器去除PM2.5效率的影響

DOI：10.1016/j.buildenv.2019.106628

靜電紡絲是制備具有較高PM2.5去除效率和相對較低壓降的納米纖維過濾器的一種通用技術。因此，靜電紡絲納米纖維過濾器可應用于建筑物中，以減少室內PM2.5暴露及其對健康造成的危害。本研究探討了纖維直徑、過濾器厚度和填料密度等各種過濾參數對PM2.5去除效率的影響。在本工作中，制備了25種不同過濾參數的尼龍電紡納米纖維過濾器，并在五種不同的面速度下測量了每個樣品的PM2.5去除效率。總共獲得125組測量數據。結果表明，尼龍電紡納米纖維過濾器的PM2.5去除效率與纖維直徑呈負相關，與過濾器的厚度呈正相關。但是，PM2.5的去除效率和填料密度之間沒有明顯的相關性。該研究進一步建立了一個半經驗模型，用于預測尼龍納米纖維過濾器的PM2.5去除效率。該模型的準確性令人滿意，中位相對誤差為7.9%。

圖1.（a）用于捕獲空氣阻力較大的傳統HVAC過濾器，以及（b）用于捕獲空氣阻力較低的納米纖維空氣過濾器的示意圖。

圖2.（a）靜電紡絲機器的照片，（b）靜電紡絲工藝的示意圖，以及（c）測量納米纖維過濾器的PM2.5去除效率的實驗裝置的示意圖。

圖3.靜電紡絲時間為3h，尼龍溶液濃度為（a）18%、（b）21%、（c）24%、（d）25.5%、（e）27%的納米纖維過濾器的掃描電鏡圖像；以及（f）過濾后的掃描電鏡圖像。

圖4.尼龍溶液濃度為（a）18%、（b）21%、（c）24%、（d）25.5%和（e）27%的25種納米纖維過濾器的PM2.5去除率（η）與面速度（U0）的關系。

圖5.靜電紡絲時間為（a）1h、（b）1.5h、（c）2h、（d）3h和（e）4h的25種納米纖維過濾器的PM2.5去除率（η）與纖維直徑（df）的關系。

圖6.面速度為（a）0.05 m/s、（b）0.1 m/s，（c）0.15 m/s、（d）0.2 m/s和（e）0.25 m/s時，25種納米纖維過濾器的PM2.5去除效率（η）與過濾器厚度（L）之間的關系。

圖7.用公式（18）預測的ηα與25種納米纖維過濾器的實驗數據的比較。

圖8.用公式（19）預測的PM2.5去除效率與125次測量的實驗數據的比較。