DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121881

高温（200-300℃）产生的颗粒物（PM）对公众健康危害很大，可通过高温空气过滤器有效去除。然而，在开发兼具高机械强度、优异空气过滤性能和良好热稳定性的高温空气过滤器的道路上仍然存在大量障碍。在此，本文报告了一种坚固且高效的纳米纤维气凝胶基空气过滤器，该过滤器由沸石咪唑骨架8（ZIF-8）纳米颗粒与聚酰亚胺（PI）纳米纤维气凝胶复合而成。作为基质材料，坚固且多孔的PI纳米纤维气凝胶赋予了过滤器良好的透气性、出色的吸附能力、较好的热稳定性和优异的机械性能。此外，分散的ZIF-8提供了大量的活性位点，有利于通过静电吸引捕获更精细的PMs。而且，ZIF-8/PI复合纳米纤维气凝胶（ZIF-8/PI NFA）显示出良好的高温过滤性能。300℃时，ZIF-8/PI NFA能够去除96.2%和99.5%的PM0.3和PM2.5，压降为88.5Pa（迎面风速5.3cm/s），其可在300℃下连续工作，无任何性能衰减。总体而言，这种ZIF-8/PI NFA效率高、热稳定性和机械性能良好，在工业和汽车空气净化领域显示出广阔的应用前景。

图1.（a）ZIF-8/PI NFA的制备步骤。（b）立在狗尾草上的ZIF-8/PI NFA，显示出其轻盈的特质。（c）不同形状的ZIF-8/PI NFA显示出其优异的加工性能。（d）ZIF-8/PI NFA的大尺度光学图像。

图2.（a）PI NFA和（b,c）ZIF-8/PI NFA在不同放大倍率下的形态。（d）ZIF-8/PI NFA的EDS元素映射。（e）ZIF-8、ZIF-8/PI NFA和PI NFA的XRD图谱及（f）N2吸附-解附等温线。

图3.（a）通过弯曲试验证明ZIF-8/PI NFA的高柔性。（b）ZIF-8/PI NFA可以承受大变形，显示出显著的弹性。（c）ZIF-8/PI NFA在25%、50%和75%应变下的压缩应力-应变曲线。插图：在75%应变下的一个压缩循环的快照。（d）ZIF-8/PI NFA在50%应变下进行1,000次循环的疲劳测试。

图4.（a）ZIF-8/PI NFA的PM捕获机制。（b）PI NFA和ZIF-8/PI NFA的PM0.3去除效率和压降。（c）ZIF-8/PI NFA对不同粒径PMs的去除效率。（d）ZIF-8/PI NFA进行30个循环（每个循环2-3分钟）的PM0.3去除效率和压降。

图5.（a）ZIF-8/PI NFA和PI膜的透气性比较（风速：2.1m/s，厚度：3mm，面积：25cm2）。（b）ZIF-8/PI NFA、PI膜和PP膜的PM0.3去除率和压降。（c）ZIF-8/PI NFA、PI膜和PP膜过滤PM0.3的品质因数（孔径：0.65μm）。（d）与最近报道的空气过滤材料相比，ZIF-8/PI NFA过滤PM0.3的品质因数和压降。

图6.（a）PI NFA、ZIF-8/PI NFA和ZIF-8在空气中的TGA曲线。（b）高温空气过滤测试装置的照片。（c）ZIF-8/PI NFA在300℃下对不同粒径PMs的去除效率。（d）ZIF-8/PI NFA经300℃热处理48h后的去除效率。（e）ZIF-8/PI NFA在300℃下于120min内的长时间连续去除效率。（f）与其他空气过滤材料相比，ZIF-8/PI NFA在高温下过滤PM2.5的品质因数。