含有复杂气体成分和油性颗粒物（PM）的高温烟气的过滤对空气过滤膜的设计提出了巨大挑战。陶瓷纳米纤维是一种潜在的膜材料，具有高温过滤所需的热阻，但固有的不良脆性限制了其使用。在此，本研究报道了一种柔性多孔Zr掺杂TiO2纳米纤维膜（Zr-TiO2 NFM）的制备，用于从高温烟气中去除油性PM。Zr4+离子的掺杂不仅提高了机械强度，使其具有高达1.78MPa的优异拉伸强度，而且还赋予了其高比表面积（68.34m2/g）。在350℃下过滤5次后，制备的Zr-TiO2 NFMs具有99.98%的高过滤效率，96Pa的低压降（工业气体流速为1m/min），以及优异的长期稳定性。值得注意的是，在25-350℃下发现了不同的PM捕获和演变行为。在200℃以下，油性颗粒会在纤维上粘附、聚结、扩散并形成油膜。与油性颗粒不同的是，当温度高于200℃时，非油性颗粒会附着并积聚在纤维上。这项研究为深入理解不同温度下PM的捕获过程和设计下一代高温烟气过滤膜带来了新的启示。
图1.示意图显示了TiO2纳米纤维和Zr-TiO2纳米纤维膜的制备过程。
图2.高温过滤实验装置示意图。
图3.（a）容易断裂的纯TiO2垫的数字照片，（b）纯TiO2纳米纤维的TEM图像，（c）柔性、可弯曲Zr0.15Ti NFM的数字照片；（d）Zr0.15Ti纳米纤维的SEM图像。
图4.纤维膜的SEM图像和纤维直径分布。（a）TiO2、（b）Zr0.05Ti、（c）Zr0.1Ti、（d）Zr0.15Ti和（e）Zr0.2Ti NFMs。
图5.（a）TiO2纳米纤维、Zr0.05Ti、Zr0.1Ti、Zr0.15Ti和Zr0.2Ti NFM的XRD图谱。（b）TiO2纳米纤维和Zr0.15Ti NFM的XPS光谱，（c）Zr0.15Ti NFM的TEM图像，（d-f）Ti、Zr和O的相应元素映射，（g）TiO2纳米纤维和（h）Zr0.15Ti NFM的HRTEM图像。
图6.（a）具有不同Zr比率的纳米纤维膜的大孔尺寸分布和（b）N2渗透率，（c）具有不同基重的纳米纤维薄膜的大孔尺寸分布和（d）N2渗透率。
图7.（a）Zr-TiO2纳米纤维膜的N2吸附-解吸等温线，（b）使用BJH方法对相关膜的孔分布分析，（c）Zr-TiO2 NFMs的应力-应变曲线，（d）具有可弯曲性和可折叠性的Zr0.15Ti纳米纤维膜的光学图像。
图8.（a）过滤速度为1m/min时，Zr0.15Ti NFMs在不同温度下的过滤效率，（b）过滤速度为1m/min时，Zr0.15Ti NFMs在不同温度下的压降，（c）过滤速度为1m/min时，不同温度下的压降增量，（d）当过滤效率稳定、过滤速度为1m/min时，不同温度下的压降和品质因数，（e）温度和空气流速对初始压降的影响，（f）不同温度和过滤速度下压降的比较，（g）在350℃下进行5次过滤循环中Zr0.15Ti NFMs的过滤效率和压降。
图9.过滤前（a）以及在（b）25℃、（c）50℃、（d）125℃、（e）200℃、（f）275℃和（g）350℃下过滤15分钟后，Zr0.15Ti NFMs的照片、光学显微镜图像和SEM图像。
图10.Zr0.15Ti NFMs的PM捕获研究，通过SEM表征（a1-a3）25℃、（b1-b3）200℃和（c1-c3）350℃下不同时间（15、45和90分钟）的形态特征。
图11.（a-c）示意图显示了25-350℃下Zr0.15Ti NFMs对PM的不同捕获过程。
图12.在不同温度下过滤前后Zr0.15Ti NFMs的FT-IR表征。
