DOI: 10.1002/smll.201906319
隨著全球對顆粒物污染水平的擔憂日益加劇，可持續的空氣質量管理刻不容緩。近年來，空氣過濾方面的研究已取得較大的進展。然而，在采用能量密集型靜電紡絲工藝制備高品質空氣過濾器的新纖維系統方面，研究視角仍有其局限性。目前，依舊缺乏關于可持續空氣過濾模型的整體方法。本文提出的空氣過濾器模型采用了一個簡單的流程，包括水誘導的納米纖維自組織和自再生，以及過濾器使用壽命后的一個簡單的再循環途徑，這不僅有助于支撐納米纖維膜的微纖維支架的再利用，而且還允許納米纖維的更新。制備并測試了三代空氣過濾器，均具有較高的顆粒物吸附趨向、較高的過濾效率（>95%）和較高的楊氏模量（≈5 GPa）。可再生空氣過濾器提供了一種替代目前成本高昂的電紡空氣過濾器的可持續方法。
圖1.納米纖維的結構和表征。a）N-烷基噻吩-吡咯并吡咯二酮（BAT-DPP染料）的溴化衍生物的結構。b）BAT-DPP分子和水分子堆疊形成納米纖維并進一步形成納米纖維束的示意圖。c，d）通過向含BAT-DPP的體積分數為50％的THF中加水而形成的自組織納米纖維。e）低于50％的體積分數，未發現纖維狀特征。
圖2.DFT模擬：優化的結構。a）兩個BAT-DPP分子，無水分子和b）無vdW相互作用校正的兩個BAT-DPP分子和一個水分子。c-e）優化的結構：c）兩個BAT-DPP分子，無水分子，d）兩個BAT-DPP分子和一個水分子以及e）具有vdW相互作用校正的兩個BAT-DPP分子和兩個水分子。
圖3.a）納米纖維的自組織形成纏結網孔的SEM圖像。b）每根纖維束構成一束納米纖維。c，d）纖維網捕獲的煙塵誘導型顆粒物。e）纖維網捕獲的煙塵顆粒物。f）長時間暴露于PM濃度超過1000 μg m-3的煙塵中的纖維網。
圖4.納米纖維過濾器的制造和再生示意圖。
圖5.制備和再生的納米纖維的SEM圖像。a，d，g）第一代納米纖維。b，e，h）第二代再生納米纖維。c，f，i）第三代再生納米纖維。
圖6.三代纖維的空氣過濾性能。a）顆粒過濾效率，b）壓降，c）品質因數。所有性能均以3 m s-1的流量和約8 mg cm-2的面密度記錄。
圖7.原子力顯微鏡和納米壓痕：a）第一代、b）第二代和c）第三代纖維的AFM形貌圖。d）第三代纖維的納米壓痕力-距離曲線。e）第三代纖維的楊氏模量。
微信二維碼
