DOI: 10.1002/adfm.201909554

大气颗粒物（PM）污染被认为是全球范围内重要的危险因素之一。大多数现有的空气过滤器都面临着有效去除PM0.3的严峻挑战，PM0.3的最大穿透粒度（MPPS）约为0.3μm，但其危害尤为严重。本文报告了一种新颖的原位驻极体静电纺丝/网状技术，它既能控制溶液相分离，又能控制晶体相转变，从而开发出具有二维网络和良好表面附着力的自极化聚偏氟乙烯纳米纤维/网状膜。通过结合二维纳米网的真实纳米直径（≈21nm）、小孔径（≈0.26μm）和高驻极体表面（6.8kV电位），实现了对MPPS PM0.3筛分和粘附的协同作用。这种双捕获特性实现了PM0.3的高效捕获（≈99.998%），同时保持低空气阻力（≈0.1%大气压）。此外，纳米纤维/网络过滤器具有超疏水性、良好的透明度（91%）和长期稳定性等综合性能。这种具有吸引力的纳米材料的合成为开发具有多种用途的高性能过滤/分离材料提供了一种成功的尝试。

图1.a）高压静电纺丝/网（ES/N）原位充电策略示意图。b）驻极体PVDF纳米纤维/网的微观结构FE-SEM图像。c）α-PVDF和β-PVDF的优化结构，显示了偶极矩矢量和ESP映射的电子密度。d）PVDF纳米纤维和纳米纤维/网膜之间的表面电势和e）孔径分布的比较。f）包括筛分和粘附在内的过滤方式的示意图。g）过滤后的驻极体PVDF纳米纤维/网的FE-SEM图像。（g）中使用的颗粒是质量中位直径为0.3μm的NaCl气溶胶。

图2.a）PVDF、PAN、PA6和PU的分子结构。b）和d）过滤前后的PVDF、PAN、PA6和PU纳米纤维/网的FE-SEM图像。每个膜中二维纳米网的覆盖率均保持约为30％。c）PVDF、PAN、PA6和PU纳米纤维/网中纳米网的纤维直径和覆盖率。e）PVDF、PAN、PA6和PU纳米纤维/网之间的过滤性能（去除效率和压降）比较。（e）中使用的颗粒是PM0.3。f）PVDF、PAN、PA6和PU纳米纤维/网的表面电势和g）堆积密度。

图3.a）具有不同纳米网覆盖率的驻极体PVDF纳米纤维/网膜的FE-SEM图像。b）孔径分布，c）表面电势和β-PVDF摩擦，以及d）不同纳米网含量的驻极体PVDF纳米纤维/网膜的过滤性能。（d）中使用的颗粒是PM0.3。e）模型说明了（左）具有和不具有纳米网的PVDF纳米纤维过滤器中的动态粒子捕获过程，以及（右）气流在通过这两个过滤器时的压力场分布。f）空气分子对PVDF纳米网的滑脱效应机理示意图。

图4.a）具有不同的基重，b）在不同气流速度下，c）在不同的相对湿度下驻极体PVDF纳米纤维/网式空气过滤器的过滤性能。d）驻极体PVDF纳米纤维/网在不同透射率下的快照图像。e）具有不同基重的PVDF纳米纤维/网的透明度值。f）驻极体PVDF纳米纤维/网式过滤器的长期PM0.3过滤稳定性。（a）-（c）中使用的颗粒是PM0.3。