DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.126831

如今，许多工业工厂在日常生产中通常会排放大量的高温含尘废气，如果处理不当，将会给环境和人类健康带来巨大威胁。然而，现有的高温含尘气体去除技术在实际应用中仍存在一些不足，尤其是对极小颗粒的过滤效率较低。静电纺丝是一种制备超细纳米纤维滤材的常用技术。通过将耐高温材料与静电纺丝技术相结合，可以使耐高温材料具有纳米纤维的小尺寸效应，有望研制出一种过滤精度高、力学性能良好且耐高温的新型空气过滤材料。本研究旨在使用具有高可纺性的聚丙烯腈（PAN）和高性能聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维制备出PMIA/PAN复合纳米纤维膜。通过调节两种有机溶液的质量分数和质量比的组合，制备具有优异力学性能、稳定过滤性能和较好耐高温性的PMIA/PAN复合纳米纤维膜。实验表明，质量分数为11-12，质量比为9:1的PMIA/PAN复合纳米纤维膜的断裂强度和断裂伸长率分别为2.683MPa和37.36％。此外，经过一系列热处理后，PMIA/PAN复合纳米纤维膜的过滤效率可以保持在99％以上。

图1.（a）静电纺丝设备和工艺的示意图；（b）PMIA/PAN纳米纤维膜的照片。

图2.（a）-（d）以相同质量混合的11-x系列纳米纤维膜的SEM和（e）纤维直径分布；（f）PMIA、PAN和PMIA/PAN复合纳米纤维膜的FTIR光谱；（g）PMIA/PAN复合纳米纤维膜的局部FTIR光谱；（h）以相同质量混合的11-x系列纳米纤维膜的断裂伸长率曲线。

图3.不同质量比的PMIA/PAN混合物的（a）粘度和（b）电导率。

图4.（a）-（e）不同质量比的PMIA/PAN复合纳米纤维膜的SEM，（f）纤维直径分布，（g）断裂伸长率曲线和（h）孔径分布曲线。

图5.（a）不同质量比的PMIA/PAN复合纳米纤维膜的过滤效率和过滤阻力，（b）QF值以及（c）表面粗糙度。

图6.（a-e）不同温度处理后PMIA/PAN复合纳米纤维膜的SEM，（f）纤维直径分布，（g）FTIR光谱和（h）断裂伸长率曲线。

图7.不同温度（（a）140℃，（b）160℃，（c）180℃，（d）200℃，（e）220℃）处理的PAN和PMIA/PAN复合纳米纤维膜的物理性质比较。

图8.（a）空气过滤之前之后纳米纤维膜的SEM图像；热处理后PMIA/PAN复合纳米纤维膜的过滤性能（（c）过滤效率和过滤阻力，（d）QF值）。