随着工业化和城市化进程的加快,空气污染、水体污染以及生物气溶胶传播问题日益突出,对高效、低阻、可持续过滤材料的需求不断增加。传统过滤材料(如熔喷无纺布、微孔膜)在过滤效率、能耗及功能集成方面逐渐暴露出局限性。静电纺丝法(Electrospinning)能够在室温条件下连续制备直径从几十纳米到数微米的纤维,具有工艺简单、材料适应性强、纤维结构可调等优势,为新一代高性能过滤材料的设计提供了重要技术路径。
◆为什么纳米纤维特别适合做过滤材料?
主要是纳米纤维直径小(几十到几百纳米)、比表面积大、孔径小、孔隙率高,所以对PM2.5、细菌、病毒、微纳颗粒等捕集效率极高,同时还能保持较低的压降,透气性好。
目前,研究主要集中在空气过滤、医疗与生物防护、水过滤/液体过滤、特种过滤等方面。其中,空气过滤方面的应用最为成熟。包含PM2.5/PM0.3、防护口罩(N95/KN95复合层)、空气净化器滤芯、洁净室过滤(HEPA/ULPA),常见结构为基材加静电纺丝纳米纤维功能层。研究发现,纳米纤维对0.1–0.3 μm颗粒(最易穿透粒径,MPPS)的过滤效率提升尤为显著。
◆常用聚合物材料
PAN:力学性能好,耐化学性强
PVDF:优良驻极性能
PU:柔性好,适合可穿戴防护
PVA:亲水性强,适合水处理
PS、PMMA:空气过滤常用
◆研究实例
有效去除工业废水中的污染物对于应对环境的污染是非常重要的。 Hind M. Saleh 等 研究者着眼于在广泛的领域中被使用的有机染料-次甲基蓝的去除问题。 通过在PCL中加入壳聚糖制成的纳米纤维膜,使得高分子聚合物之间发生相互作用,从而大幅度地提升了吸附能力。由于使用的是可降解的高分子聚合物,对环境友好且 吸附效果佳,所以有望应用于环保领域。
