DOI: 10.1016/j.jcis.2022.08.077

颗粒物（PM）污染和冠状病毒（COVID-19）大流行增加了对防护口罩的需求。然而，典型的防护口罩只能拦截颗粒，并且如果长期佩戴会因为细菌生长而产生异味。因此，迫切需要开发出具有良好过滤和抗菌能力的新型防护材料。在这项研究中，作者通过N-卤胺改性制备了多尺度聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜，以实现高效过滤和持久的抗菌性能。N-卤胺改性纳米纤维膜（PVDF-PAA-TMP-Cl）具有足够的活性氯含量（800ppm），与原始膜相比，拉伸应力从6.282MPa提高到9.435MPa，拉伸应变从51.3%提高至56.4%。为了进一步提高拦截效率，研究者在PVDF-PAA-TMP-Cl纳米纤维膜上纺制了超细纳米纤维（20-35nm），从而制备出多尺度PVDF-PAA-TMP-Cl纳米纤维膜。这些膜显示出良好的PM0.3截留率（99.93%）、低空气阻力（79Pa）、较好的长期PM2.5净化能力和高杀菌效率（>98%）。十次氯化循环后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率超过90%。因此，该材料具有高效过滤和可再生抗菌性能。综上，本研究结果对开发空气和水过滤系统以及多功能防护材料具有重要意义。

图1.（a）静电纺丝示意图。（b）多尺度PVDF-PAA-TMP-Cl纳米纤维膜的设计和可再生抗菌功能。

图2.N-卤胺改性过程和相应的FE-SEM图像。（a）羟基化改性，（b）羟基酯化，和（c）氯化反应。

图3.氯化PVDF纳米纤维膜在（a）×2000、（b）×50,000和（c）×150,000放大倍率下的FE-SEM图像。（d）PVDF-PAA-TMP-Cl在不同尺度下的FE-SEM图像和元素映射。（e）PVDF和（f）PVDF-PAA-TMP-Cl的EDS图像。（g）PVDF和氯化前后PVDF-PAA-TMP的FT-IR图像。（h）氯化前后PVDF-PAA-TMP的两个红外吸收峰的变化。（i）XPS光谱。（g）N-Cl和Cl2p的XPS拟合曲线。（k）力学性能。

图4.（a）P-1、P-2和P-3的活性氯含量；（b）P-2的活性氯含量随氯化溶液pH值的变化。不同膜对（c）大肠杆菌和（d）金黄色葡萄球菌的杀菌活性。（e）不同样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率，以及（f）含不同样品的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养板的照片。

图5.P-1-P-S3的孔结构：（a）孔径分布以及（b）平均孔径和孔隙率。P-1-P-S3的PM0.3 NaCl过滤性能，气流速率为（c）32L/min和（d）85L/min。（e）不同样品的品质因数。P-S2分析：（f）去除PM2.5的长期循环性能；（g）扫描电镜图像；（h）纤维直径分布。

图6.（a）十次循环氯化试验；（b）十个氯化循环期间P-S2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率；（c）十个循环期间大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落生长情况。