DOI: 10.1002/smll.201906319

随着全球对颗粒物污染水平的担忧日益加剧，可持续的空气质量管理刻不容缓。近年来，空气过滤方面的研究已取得较大的进展。然而，在采用能量密集型静电纺丝工艺制备高品质空气过滤器的新纤维系统方面，研究视角仍有其局限性。目前，依旧缺乏关于可持续空气过滤模型的整体方法。本文提出的空气过滤器模型采用了一个简单的流程，包括水诱导的纳米纤维自组织和自再生，以及过滤器使用寿命后的一个简单的再循环途径，这不仅有助于支撑纳米纤维膜的微纤维支架的再利用，而且还允许纳米纤维的更新。制备并测试了三代空气过滤器，均具有较高的颗粒物吸附趋向、较高的过滤效率（>95%）和较高的杨氏模量（≈5 GPa）。可再生空气过滤器提供了一种替代目前成本高昂的电纺空气过滤器的可持续方法。

图1.纳米纤维的结构和表征。a）N-烷基噻吩-吡咯并吡咯二酮（BAT-DPP染料）的溴化衍生物的结构。b）BAT-DPP分子和水分子堆叠形成纳米纤维并进一步形成纳米纤维束的示意图。c，d）通过向含BAT-DPP的体积分数为50％的THF中加水而形成的自组织纳米纤维。e）低于50％的体积分数，未发现纤维状特征。

图2.DFT模拟：优化的结构。a）两个BAT-DPP分子，无水分子和b）无vdW相互作用校正的两个BAT-DPP分子和一个水分子。c-e）优化的结构：c）两个BAT-DPP分子，无水分子，d）两个BAT-DPP分子和一个水分子以及e）具有vdW相互作用校正的两个BAT-DPP分子和两个水分子。

图3.a）纳米纤维的自组织形成缠结网孔的SEM图像。b）每根纤维束构成一束纳米纤维。c，d）纤维网捕获的烟尘诱导型颗粒物。e）纤维网捕获的烟尘颗粒物。f）长时间暴露于PM浓度超过1000 µg m-3的烟尘中的纤维网。

图4.纳米纤维过滤器的制造和再生示意图。

图5.制备和再生的纳米纤维的SEM图像。a，d，g）第一代纳米纤维。b，e，h）第二代再生纳米纤维。c，f，i）第三代再生纳米纤维。

图6.三代纤维的空气过滤性能。a）颗粒过滤效率，b）压降，c）品质因数。所有性能均以3 m s-1的流量和约8 mg cm-2的面密度记录。

图7.原子力显微镜和纳米压痕：a）第一代、b）第二代和c）第三代纤维的AFM形貌图。d）第三代纤维的纳米压痕力-距离曲线。e）第三代纤维的杨氏模量。