DOI: 10.1039/d0ra01967d

PM2.5由于其粒径小、活性强、易于附着有毒物质以及在大气中停留时间长等原因，对人体健康和日常生产具有重大影响。在这项工作中，研究者提出了具有高光学透明度、强大的机械强度和有效的PM2.5捕获能力的图案化纳米纤维空气过滤器。在此，为了通过简便的静电纺丝法制备透明的空气过滤器，研究者选择了三种具有微结构的图案化金属网格作为负极接收器基材，并将聚合物纤维直接电纺到支撑网格上。与随机取向的纳米纤维（在本文中称为“ RO NFs”）和市售面罩相比，图案化空气过滤器显示出良好的机械性能，其表面的水接触角约为122-143°（RO NFs的水接触角为81°）。此外，图案化的纳米纤维显示出高孔隙率（> 80％），其平均孔径约为0.5838–0.8686 mm（RO NFs的平均孔径为0.4374 mm）。结果表明，在模拟雾霾污染条件下，当透光率高达69％时，透明的图案化空气过滤器具有99.99％的最佳PM2.5过滤效率。

图1.（i）具有不同图案的各种纳米纤维膜的显微照片、（ii）SEM图像、（iii）纤维直径分布：（a）RO NFs、（b）PW NFs、（c）HB NFs和（d）LS NFs。

图2.纳米纤维膜的应力-应变响应。

图3.（a）纳米纤维膜的孔径分布分析。（b）各种纳米纤维膜的平均孔径和最小孔径及其相应的孔隙率。（c）RO NFs和各种图案化纳米纤维膜表面的水接触角随时间（0到3000 ms）的变化。（d）由CCD相机在0 ms、1000 ms、2000 ms和3000 ms记录的显示接触角随时间变化的光学显微镜图像。

图4.（a）将制备的透明空气滤网集成到蜻蜓模型的机翼中，以观察其在布料向日葵前面的透射率。（b）带有电动风扇的透明图案化空气滤网在风速为2.5 m s^-1下的摄影图像。（c）各种纤维膜在可见光波长范围内的透光率，厚度为4 mm。（d）不同膜厚和（e）不同网格目数的HB NFs的透光率（测量波长范围：300-800 nm）。插图是相应的数字图像。

图5.（a）空气过滤实验装置。（b）在模拟的雾霾环境中，在图案化纳米纤维膜上进行PM_2.5过滤过程的光学图像。（c）比较各种图案化纤维膜、随机取向的纤维膜和市售面罩之间的去除效率和（d）质量因子。（e）从约600至35 μg cm^-3（温度为18℃，湿度为45％；空气流速为2.2 m s^-1）除去PM_2.5的时间。（f）比较目前的HB图案化空气过滤器和其他报告的空气过滤器的去除效率：明胶/PT/明胶空气过滤器，HAP/CT空气过滤器，PAN透明空气过滤器和带电的TAF空气过滤器。