導語
靜電紡納米纖維膜具有高過濾效率和低壓降的優勢，但聚合物基納米纖維膜的耐熱性和易燃性較差，難以去除高溫排放源的顆粒。另外，不可降解的過濾膜對環境造成嚴重的污染。因此，研究用于高溫空氣過濾和可降解的納米纖維膜至關重要。本期精選了3篇過濾高溫顆粒物的空氣過濾膜和3篇生物可降解的空氣過濾膜的最新研究論文，供大家了解學習。
一、過濾高溫顆粒物的空氣過濾膜
1、天津工業大學劉雍教授 Chem. Eng. J. ( IF 16.744)：雙仿生、蓬松、阻燃的聚酰胺-酰亞胺超細纖維用于高溫空氣過濾
?挑戰：顆粒物質(PM)污染已被公認為全球嚴重的健康危害，需要熱穩定的空氣過濾材料來去除高溫排放源的顆粒。然而，商用濾料纖維直徑大、組裝結構緊湊，難以實現過濾效率與壓降之間的平衡。
?方法：天津工業大學劉雍教授團隊采用耐熱易溶聚酰胺-酰亞胺(PAI)為基體聚合物，在纖維表面構造馬尾松針狀溝槽結構，直接電紡成高性能纖維濾材。靜電紡絲過程中混合溶劑的相分離為基礎，對溝槽結構纖維進行精確調控。
?創新點1：由于馬尾松針狀溝槽結構和半互穿結構，制備的超細PAI基纖維過濾器具有高孔隙率、高比表面積、良好的熱穩定性和結構穩定性等綜合特性。
?創新點2：由于高孔隙率(90.44%)和低堆積密度(0.14 g m-3)的協同作用，溝槽結構纖維對PM0.3的去除效率高(84.24%)，空氣壓降低(46.35 Pa, 0.05%大氣壓)，在220℃下使用較長時間。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139168
2、南京工業大學仲兆祥教授J. Membr. Sci. ( IF 10.530)：耐熱阻燃熱氧化PAN/PVP/SnO2納米纖維膜高效去除高溫顆粒物
?挑戰：靜電紡絲納米纖維膜在PMs過濾中具有不可替代的高去除效率和低壓降的優勢，但聚合物基納米纖維膜的耐熱性和易燃性較差，對PMs在高溫下的高效過濾提出了挑戰。
?方法：南京工業大學仲兆祥教授團隊在350℃的空氣中對PAN/PVP/SnCl2納米纖維膜進行熱誘導環化和氧化反應，設計了一種熱氧化聚丙烯腈/聚乙烯吡咯烷酮/SnO2 (OPAN/PVP/SnO2)納米纖維膜。
?創新點1：在熱氧化過程中，Sn2+起到催化劑和活化作用，阻礙了PAN納米纖維的熔融和融合。PVP的加入大大提高了OPAN/SnO2納米纖維膜的力學性能。
?創新點2：室溫條件下，OPAN/PVP/SnO2納米纖維膜對PM0.3和PM2.5的過濾效率分別為99.53%和99.98%。在350°C和300°C時PMs去除率分別為98.51%和98.67%。
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120985
3、東華大學樊瑋Sep. Purif. Technol. ( IF 9.136 )：MOF結構納米顆粒復合聚酰亞胺 (PI) 納米纖維氣凝膠用于高效去除高溫顆粒物
?挑戰：開發一種同時具有高機械強度、優良空氣過濾性能和良好熱穩定性的高溫空氣濾清器具有很大的挑戰。
?方法：東華大學樊瑋老師團隊報道了一種采用ZIF-8納米顆粒與聚酰亞胺(PI)納米纖維氣凝膠復合制備穩固高效的納米纖維氣凝膠空氣過濾器。
?創新點1：多孔的PI納米纖維氣凝膠作為基質材料，使過濾器具有良好的透氣性、優異的吸附能力、良好的熱穩定性和良好的機械性能。此外，分散的ZIF-8提供了大量的活性位點，有利于通過靜電吸引捕獲更細的PM。
?創新點2：在300℃條件下，ZIF-8/PI NFA能在88.5 Pa的輕微壓降下去除96.2%和99.5%的PM0.3和PM2.5，并能在300℃條件下連續工作而無任何性能衰減。
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121881
二、生物可降解的空氣過濾膜
1、廣東工業大學湯亞東副教授 Chem. Eng. J. ( IF 16.744 )：生物可降解的三層微/納米纖維膜具有高效過濾、定向水分輸送和抗菌性能
?挑戰：纖維過濾器在攔截 PM 和細菌方面顯示出巨大的潛力。然而，開發一種具有多種功能的新型呼吸器材料，如高效過濾、抗菌、定向水分傳輸和可生物降解性仍然具有挑戰性。
?方法：廣東工業大學湯亞東副教授團隊采用靜電紡絲聚(ε-己內酯)(PCL)纖維膜、PCL/明膠纖維膜和PCL/明膠/ε-聚(l -賴氨酸)ε-PL纖維膜，制備了具有層次結構的多功能空氣過濾膜。
?創新點1：ε-PL的摻入使纖維膜具有良好的抗菌活性。此外，三層纖維膜通過疏水纖維層和親水纖維層的結合，提供了定向輸水性能，提高了佩戴者的舒適度。
?創新點2：利用PCL、明膠和ε-PL的生物降解特性，制備的纖維膜可進行生物降解，減輕了對環境的負擔。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137518
2、北京化工大學孟洪教授等人Nano Energy ( IF 19.069)：綠色溶劑制備生物可降解聚乳酸納米纖維膜，高效過濾空氣
?挑戰：靜電紡絲技術制備的納米纖維具有直徑小、比表面積高和孔隙率高等優點，在空氣過濾方面具有潛在的應用前景。然而，現有的電紡膜（ENM）大多存在去除效率與壓降之間的權衡效應，以及不可降解性或不可回收性。
?方法：北京化工大學孟洪教授&江南大學董亮亮副教授通過綠色溶劑合理構建一種可降解、環保的串珠式PLA 電紡納米纖維膜，同時保證高過濾效率和低壓降。
?創新點1：溶劑組成對ENM的形貌和結構有重要影響。通過優化溶劑組成和PLA濃度，ENM對氣溶膠粒子的去除率可達98%以上，壓降僅為29.3 Pa。
?創新點2：制備的PLA珠串ENM (E7D3-10)在真實霧霾環境中具有更高的過濾效率(PM2.5-92.6%和PM10-95.4%)，因此PM指數值(小于50 μg/m3)相對安全。
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107237
3、美國康涅狄格大學Thanh D. Nguyen教授Adv. Funct. Mater. ( IF 19.924)：可重復使用、穩定且具有長期生物降解性的高性能口罩過濾器
?挑戰：傳統的口罩是一次性使用的，由不可降解的材料制成，引發嚴重的塑料垃圾環境污染。此外，這些口罩在潮濕條件下過濾性能會降低，難以凈化。
?方法：美國康涅狄格大學Thanh D. Nguyen教授報道了一種可重復使用、高效、耐濕的空氣過濾膜，該膜基于高度可控、穩定的壓電靜電紡絲聚左旋乳酸(PLLA)納米纖維，具有優異的顆粒去除效率。
?創新點1：PLLA過濾器具有很高的過濾效率(PM2.5為>99%，PM1.0為>91%)。該過濾器具有長期穩定的過濾性能和良好的耐濕性。
?創新點2：PLLA過濾器可通過常用的殺菌工具(如超聲波清洗浴、高壓滅菌釜或微波)重復使用。此外，制作了一種完全可生物降解的PLLA納米纖維口罩原型，可在5周內降解。
https://doi.org/10.1002/adfm.202113040
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