DOI:10.1016/j.apsusc.2020.145962

随着颗粒物（PM）污染的加剧，对空气过滤材料提出了有效截留细颗粒物、捕获生物污染物等关键要求。本研究采用连续静电纺丝法制备了具有优良空气过滤性能和抗菌性能的多层膜。以N-乙烯基甲酰胺（NVF）和3-烯丙基-5,5-二甲基海因（ADMH）为原料，以聚乙烯醇（PVA）为中间层，通过自由基共聚合成了一种新型N-卤胺生物聚合物P（ADMH-NVF）。将聚乙烯醇/壳聚糖电纺膜（PVA/CS）有序地组装在PVA/P（ADMH-NVF）膜的两侧，形成多层膜。在过滤试验中，多层电纺纳米纤维膜对氯化钠（NaCl）和癸二酸二异辛酯（DEHS）气溶胶的过滤效率分别为99.3%和99.4%。此外，多层电纺纳米纤维膜对NaCl和DEHS气溶胶的压降分别为183 Pa和238 Pa，且具有6.1 MPa的高拉伸强度。在抗菌试验中，多层电纺纳米纤维膜对革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌均表现出良好的抗菌性能。预计这些含N-卤胺的多层静电纺丝纳米纤维膜将在空气过滤中具有广阔的应用前景。

图1.多层膜的制备及其在抗菌空气过滤中的应用示意图。

图2.合成P（ADMH-NVF）的FTIR光谱（a）和1HNMR光谱（b）。不同浓度的P（ADMH-NVF）溶液的电导率和粘度（c）。具有30wt％（d）、40wt％（e）和50wt％（f）的不同浓度的膜的SEM图像。

图3.膜（a）、交联膜（b）和氯化膜（c）的SEM图像。不同膜的FTIR光谱（d）和活性氯含量（e）。

图4.氯化前的X射线光电子能谱（XPS）全扫描（a）、N 1s（b）和Cl 2p（c）光谱以及氯化后的XPS全扫描（d）、N 1s（e）和Cl 2p（f）光谱。

图5.未经处理（a）、交联（b）、氯化（c）的多层膜的SEM图像。TGA曲线（插图：DTG曲线）（d）。不同膜的拉伸应力-应变曲线（e）。数码照片显示了复合膜在不同变形下的机械柔韧性（f）。

图6.使用DEHS气溶胶（a）或NaCl气溶胶（b）（300-500 nm）在气流为32 L/min的条件下，具有不同基重的复合纳米纤维膜的过滤效率和压降。使用DEHS气溶胶（c）或NaCl气溶胶（d）过滤后，纳米纤维膜顶部和底部表面的SEM图像。

图7.对照、PVA/P（ADMH-NVF）和多层膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制区。

图8.大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的活细菌和死细菌形态。

图9.大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的活/死细菌活性测定。