DOI:10.1016/j.cej.2020.126584

随着世界上许多国家对空气质量的日益关注，金属-有机骨架正在被广泛研究，以将其应用于开发去除PM2.5的空气过滤技术。在这项研究中，使用静电纺丝技术成功制备了聚丙烯酸@沸石咪唑酯骨架-8（PAA@ZIF-8）膜，该膜在PM2.5过滤方面显示出广阔的应用前景。PAA@ZIF-8膜的较小孔径为0.5µm，孔隙率为89.4％，经ZIF-8改性后，PAA@ZIF-8膜获得了多孔的粗糙纳米纤维、正表面zeta电位和高拉伸强度。测试证实，PAA@ZIF-8膜具有优于商用PVDF和电纺PAA膜的PM2.5过滤性能，记录的PM2.5截留率为99.6％。除了孔径小以外，PAA@ZIF-8膜的多孔粗糙纳米纤维结构还产生了较高的BET表面积（344.9 m2/g），可物理吸附PM2.5颗粒。此外，研究发现ZIF-8涂层纳米纤维的正表面zeta电位（PH=7时为67.3mV）有助于吸引在空气湿度中结合的带负电的PM2.5颗粒，从而进一步提高PM2.5的过滤速率。

图1.制备E-PAA@ZIF-8膜的静电纺丝工艺。

图2.（a）空气过滤测试装置和（b）压降测量装置的示意图。

图3.（a）ZIF-8晶体的SEM图像，（b）ZIF-8的粉末XRD图，（c）ZIF-8在77K下的N2吸附等温线。实心符号表示吸附，空心符号表示解吸。

图4.在不同电压值下PAA电纺膜的SEM图像。

图5.含不同PAA浓度（分别为a.6％，b.9％，c.12％和d.15％）的PAA膜的SEM图像、纳米纤维直径分布、孔径分布和拉伸应力-应变曲线。

图6.（a）具有光滑纤维的E-PAA9％膜和（b）具有粗糙纤维以及多孔结构的E-PAA9％@9％ZIF-8膜的SEM图。（c）E-PAA9％@10.8％ZIF-8膜的SEM图像和膜形态。（d）PAA9％@9％ZIF-8膜的EDS扫描图。（e）ZIF-8颗粒、E-PAA9％膜和E-PAA9％@9％ZIF-8膜的XRD图谱。（f）PAA@ZIF-8膜的BET表面积随ZIF-8负载百分比的变化。

图7.（a）PM源的尺寸分布和用于PM检测的灰尘轨迹配置。（b）膜孔径，（c）ZIF-8负载百分比和（d）膜厚度对过滤效率和压降的影响。（e）使用优化的PAA9％@9％ZIF-8和PAA膜时，去除效率和压降随气流速度的变化而变化。（f）使用优化的PAA9％@9％ZIF-8和PAA膜时，品质因数随气流速度的变化而变化。

图8.（a）空气过滤前后两种电纺膜的zeta电位变化。（b）空气过滤前后两种电纺膜的表面积变化。（c）空气过滤机理示意图。