醋酸纖維素/超高硅沸石電紡納米纖維復合材料及其對空氣中VOC的吸附潛力

DOI:10.1016/j.carbpol.2020.116071

以醋酸纖維素（CA）和超高硅沸石（UHSZ）為原料，優化制備了新型電紡納米纖維復合材料，為揮發性有機物（VOCs）的吸附提供了一種有前途的材料。采用水熱結晶法制備了兩種類型的UHSZs，即硅質巖和超穩Y沸石，并采用單針和無針靜電紡絲系統制備了復合材料，證明了所制備復合材料的可擴展性。本文研究了紡絲溶液的性質、靜電紡絲工藝參數以及CA與UHSZs之間的相互作用等因素。此外，采用石英晶體微天平-耗散技術（QCM-D）研究了以氨為模型污染物的新型復合材料的吸附行為。QCM-D數據顯示，CA材料中UHSZs的存在提高了其吸附能力，這也表明CA/UHSZ復合材料是一種適用于大規模去除污染空氣中VOCs的潛在材料。

圖1.用過的超高硅沸石的掃描電鏡（左）和紅外光譜（右）。

圖2.X射線衍射圖：a）硅質巖，b）超穩Y沸石。

圖3.單針電紡復合材料的掃描電鏡圖像和相應的纖維直徑分布：a）純CA；b）CA/1wt%sil；c）CA/3wt%sil；d）CA/5wt%sil；e）CA/1wt%USY；f）CA/3wt%USY；g）CA/5wt%USY。

圖4.純CA和CA/超高硅沸石的FTIR光譜。

圖5.無針電紡復合材料的掃描電鏡圖像和相應的纖維直徑分布：a）純CA；b）CA/3wt%sil；c）CA/3wt%USY。

圖6.從連續氣流中吸附飽和氨蒸氣期間，涂有CA/USY和CA/sil薄膜復合材料的QCM-D晶體的頻率變化（Δf3）（上），氨吸附的可逆性（左下），USY（中下）和硅質巖（右下）吸附氨后，沸石濃度取決于Δf3。

圖7.從連續氣流中吸附飽和氨蒸氣期間，涂有CA/USY和CA/sil復合電紡纖維的QCM-D晶體的頻率變化（Δf3）（頂部），氨吸附的可逆性（左下），CA/USY（中下）和CA/sil（右下）吸附氨后，沸石濃度取決于Δf3。

圖8.在1wt%UHSZ下，單位質量CA/UHSZ薄膜（TF）或電紡（ES）復合材料的吸附氨蒸氣質量（左）；單位質量CA/UHSZ電紡復合材料的吸附氨蒸氣總質量取決于沸石類型及其濃度（右）。