DOI: 10.1002/ep.13498

大气中颗粒物（PM）、有毒气体和温室气体的分布是造成空气污染、人类健康问题和全球变暖加剧的原因。传统的聚合物纳米纤维只能去除空气中的PMs。本研究的目的是探讨基于聚丙烯腈（PAN）的杂化纳米纤维过滤介质的吸附能力和选择性，其中以不同百分比的活性炭颗粒作为气体吸附剂，用于去除气流中的二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）。借助体积吸附法，在298、323和348K且压力范围为0-21bar的条件下，测量了杂化样品中SO2、CO2和CH4的吸附等温线。通过对不同工艺参数的优化，采用静电纺丝工艺制备了平均直径273nm的均匀PAN纳米纤维过滤器（PANNF）。以磷酸为活化剂，通过两种不同的方法合成了废茶叶基活性炭（ACs），其中包括采用化学活化法获得的微米级AC（MAC）和微波辐射能获得的纳米级AC（NAC）。采用电喷雾工艺，使含AC颗粒的均质溶液分散开，从而实现了杂化纳米纤维的功能化。研究了NAC和MAC的高低负载量对PANNF表面的影响，以加深对制备样品的气体吸附性能的了解。通过图像分析（ImageJ）、社会科学统计软件包（SPSS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外（FT-IR）、能量色散X射线（EDX）和氮气吸附/解吸等温线对样品进行表征。

图1.吸附容量测试装置。

图2.（a和b）AC、（c-e）MAC和（f-h）NAC的SEM图像。

图3.（a-c）PAN纳米纤维在固定收集器速度下的SEM图像和（d-f）PAN纳米纤维在收集器速度为500rpm时的SEM图像。

图4.（a）PANNF/MAC-L，（b和c）PANNF/MAC-H，（d）PANNF/NAC-L和（e和f）PANNF/MAC-H的SEM图像。

图5.（a）固定收集器速率和（b）500rpm的收集器速率下的电纺纤维直径分布。

图6.（a）MAC和（b）NAC在77K下的氮气吸附-解吸等温线。

图7.（a）AC、（b）MAC和（c）NAC的FT-IR光谱。

图8.（a）MAC和（b）NAC的XRD图谱。

图9.（a）废茶叶、（b）MAC和（c）NAC的EDX结果。

图10.在不同温度下，PANNF@MAC-L和PANNF@MAC-H对SO2、CO2和CH4的吸附性能。

图11.在不同压力和298K下，PANNF/MAC-H对SO2/CO2和SO2/CH4的吸附选择性。

图12.在不同温度下，PANNF/NAC-L和PANNF/NAC-H对SO2、CO2和CH4的吸附性能。

图13.在不同压力和298K下，PANNF/NAC-H对SO2/CO2和SO2/CH4的吸附选择性。

图14.PANNF/NAC-H的SO2循环吸附-解吸容量。

图15.在三个SO2吸附-解吸循环后PANNF/NAC-H的SEM图像。