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电纺纳米纤维在空气过滤领域的新进展
2021/1/22 9:49:22 易丝帮

导语:

新兴传染病的频繁爆发使个人防护过滤介质的需求量增大。电纺纳米纤维材料由于纤维直径小,经证实其对抵抗含病毒的细颗粒非常有效。

易丝帮梳理了近期关于静电纺空气过滤材料的研究进展,供大家学习!


1.ACS Appl. Nano Mater.:由两性离子三元共聚物静电纺丝制备抗菌聚合物纳米纤维及其在空气过滤中的应用

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➣采用自由基聚合法合成了一种具有高抗张强度(7.36MPa)的高分子量ABC型三元共聚物。将磺基甜菜碱型两性离子基团引入ABC三元共聚物中,制备出用于去除气流中颗粒物的电纺丝纳米纤维。

➣在5.3cm/s的恒定气流速度下,纳米纤维具有较高的过滤效率(>99.9%)和较低的压降(177Pa),品质因数为0.025 Pa-1。

➣由于存在磺基甜菜碱型两性离子基团,纳米纤维对革兰氏阴性菌肺炎克雷伯菌(ATCC 4352)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)表现出优异的抗菌活性(99.9%)。

➣纳米纤维的抗菌特性是空气过滤器应用的理想选择,以防止诸如病毒和细菌等传染性因子的扩散。

DOI:10.1021/acsanm.0c02366


2. Compos. Commun.:耐高温聚磺酰胺/聚丙烯腈复合纳米纤维的制备及其在PM2.5过滤中的应用

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华中科技大学李和平团队通过简单的静电纺丝法制备了可以承受高达400℃的聚磺酰胺(PSA)/聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维。PSA和PAN之间的相互作用决定了纳米纤维受热时的微结构和形状。

➣PSA/PAN复合纳米纤维对PM2.5的去除效率高于99.7%。更重要的是,即使在100℃至400℃的温度范围内对纳米纤维进行加热,仍能保持如此高的PM2.5去除效率。

➣该纳米纤维空气滤膜在PM2.5浓度接近380μg/m3的环境中可以连续工作100h。

➣PSA/PAN纳米纤维具有良好的热稳定性和较高的过滤效率,使其在各种应用中都极具吸引力,尤其是在需要耐高温聚合物组分的情况下。

DOI:10.1016/j.coco.2020.100582


3.J. Ind. Eng. Chem.:压花纳米纤维材料的制备和改性及其在去除PM0.2中的应用

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➣这项工作使用3D图案开发了一种压花纳米纤维膜(ENMs),用于空气过滤装置,并将该结构与平面纳米纤维材料(PNMs)进行了比较。

➣采用3D打印和静电纺丝技术相结合制备了压花纳米纤维膜(ENM),与平面结构相比,ENM的表面积有所增加。

➣ENM的表面积(66 m3∙g-1)比PNM(23 m3∙g-1)高出三倍。压花结构取决于3D图案中的孔尺寸和网格高度。纳米纤维膜(NMs)的孔径控制在0.2μm,以实现对空气中超细颗粒物和烟雾污染物的高效过滤。

➣通过动态粒子去除率(%)、穿透率(%)、阻力(mmH2O)和透气性(m3/m2/min)测试评估了离子ENMs的动态粒子阻隔效率。与PNM相比,压花结构增强了纳米纤维发达的孔结构和较大的表面积。

DOI:10.1016/j.jiec.2020.10.010


4.Polym. Eng. Sci.:聚苯硫醚纳米纤维的熔体微分静电纺丝及其在废气过滤中的应用

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➣PPS纳米纤维是通过熔体微分静电纺丝法制备的,不含任何添加剂,保证了PPS纤维的优异性能。

➣本工作系统研究了纺丝参数(纺丝电压,纺丝距离,纺丝温度)对PPS纤维形态的影响,在最佳条件下(纺丝距离为6mm,温度为310℃和纺丝电压为35kV)制备出平均直径为1.28μm的PPS纤维。

➣分析了纺丝电压对纤维结晶度和热稳定性的影响。最后,比较了商用防尘滤袋和相同重量的PPS纤维的过滤效率。

➣所得的PPS纤维在186 g/cm2时,过滤效率高达99.95%。这项研究旨在为静电纺丝聚苯硫醚纳米纤维的绿色工业制备和应用提供新的见解。

DOI: 10.1002/pen.25520


5.J. Colloid Interface Sci.:通过“绿色”静电纺丝法制备的柔性透明复合纳米纤维膜,可有效捕获细颗粒物

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南京林业大学黄超伯&马文静团队介绍了一种新型的高效空气过滤膜,可用于户外防护。以聚乙烯醇(PVA)-木质素磺酸钠(LS)为原料,采用“绿色”静电纺丝和热交联的方法制备了空气过滤器复合纳米纤维材料。

➣与纯PVA纳米纤维膜相比,添加LS有助于提高PM2.5去除效率。电纺PVA-LS膜的压降超过了原始PVA空气过滤器的压降。即使经过10次循环过滤,仍可保持出色的空气过滤性能。

➣由于引入了LS,PVA-LS复合纳米纤维膜表现出优异的机械性能和透明性。这项研究为高性能和高可见度的绿色滤材的设计和开发提供了新的见解,其中包括个人防护和建筑屏风。

DOI:10.1016/j.jcis.2020.08.075


6.J. Mater. Chem. A:仿生湿胶纳米结构网络用于高性能过滤器

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丁彬教授团队报告了一种基于共混静电纺丝/织网技术的简便方法,用于制备具有纳米级纤维直径(约27nm)、二维稳定蜘蛛网状结构和仿贻贝湿胶表面的杂化生物启发性纳米纤维网络过滤器。

➣通过控制仿贻贝粘合分子来控制泰勒锥喷射的带电液滴的形成和相分离,从而大规模产生仿生纳米纤维网。

➣所制备的过滤器显示出显著的纳米结构特性:小孔径(约0.28μm)、高比表面积、增强的表面附着力和润湿性。

➣在空气过滤(在大于90%的湿度和约0.13%的大气压力下,PM0.3过滤效率高于99.99%)和水净化(效率高于99.9%,重力驱动通量为453 L m-2 h-1)中具有明显的优势。

DOI:10.1039/D0TA06886A


7.Chem. Eng. J.:PAA@ZIF-8纳米纤维膜用于高效捕获PM2.5

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➣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。

➣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。

DOI:10.1016/j.cej.2020.126584


8.ACS Appl. Nano Mater.:镍基导电金属有机骨架修饰聚丙烯腈纳米纤维膜用于空气过滤和呼吸监测

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➣本研究开发了一种能够阻止颗粒物(PM)并监测呼吸情况的纳米纤维膜。该膜以聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为原料,通过静电纺丝制备而成。

➣通过两步水热反应,在纳米纤维上直接合成了导电金属有机骨架(MOF)。两种膜对细小粉尘颗粒的过滤效率相似(>99%),但是混合膜可以更有效地过滤含来自燃烧气体的油滴的熏香烟雾,因为油滴在MOF生长的纳米纤维上比在PAN纳米纤维上更润湿。

➣此外,在潮湿的气流(即,呼吸流)中,混合膜的电阻随流速而变化,表明其适用于呼吸监测。

DOI: 10.1021/acsanm.0c01619


9.J. Colloid Interface Sci.:超细、自卷曲驻极体纳米羊毛用于低阻高效PM0.3过滤介质

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东华大学斯阳等通过仿生法构建名为纳米羊毛的超细且卷曲的羊毛状纳米纤维,表现出蓬松的体系结构和强大的驻极体效应。

➣通过实现纳米纤维的在线自卷曲和就地充电,卷曲的驻极体纳米羊毛显示出约0.6μm的小直径(比天然羊毛低两个数量级:约20μm)和98.7%的超高孔隙率,同时具有13260 V的超高表面电势(比以前的过滤器高一个数量级)。

➣结构优势和强大的驻极体效应使纳米羊毛表现出出色的过滤效果(对于PM0.3而言,大于99.995%)和较低的空气阻力(55 Pa)。

➣纳米羊毛具有很好的可扩展性,在个人防护口罩领域具有广阔的工业前景,而且还为开发低成本、多功能形式的下一代羊毛铺平了道路。

DOI:10.1016/j.jcis.2020.05.123


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