大气细颗粒物（PM2.5）对人体健康造成严重威胁。纤维过滤是去除细颗粒物最有效、常用的方法。但大部分纤维过滤材料需要配合风机使用，耗费能源。使用纱窗型纳米纤维过滤材料，利用自然通风有效阻挡PM2.5进入室内，更加环境友好。然而，大多数的纱窗型纳米纤维空气滤材存在过滤阻力及透光度难以平衡的问题。此外，由于难以清洗，空气滤材尚不能重复使用。因此，研发一种可清洗的防霾纱窗，将十分经济实用。

近日，中国科学院城市环境研究所郑煜铭研究员团队在期刊《Journal of Membrane Science》上，发表了最新研究成果“Preparation of transparent, amphiphobic and recyclable electrospun window screen air filter for high-efficiency particulate matters capture”。研究者通过静电纺丝和多氟烷烃气相沉积工艺，构筑了具有表面凸起粗糙纳米纤维结构和低表面能的氟化型聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）（F-PVDF-HFP）/二氧化硅（SiO2）复合纤维过滤材料。得益于粗糙纤维结构和氟化低表面能的协同作用，所制备滤材具有超疏水和疏油特性，通过简单的喷雾及自然风干的方式，即可实现清洁和再生。超细的纤维直径（~70 nm）和很薄的厚度，赋予滤材良好透明度（~80%）和高过滤效率（99.59%）。此外，所得F-PVDF-HFP/SiO2复合滤材强度高、超疏水/疏油涂层稳定，即使经过10个清洁循环过滤性能依然稳定，具有很好的应用前景。

图1：（a）PVDF-HFP，（b）F-PVDF-HFP，（c）PVDF-HFP/SiO2，（d）F-PVDF-HFP/SiO2滤材的SEM图像和纤维直径分布。

通过静电纺丝技术和氟化气相沉积制备的F-PVDF-HFP/SiO2膜。SEM图像显示在经由SiO2掺杂静电纺丝所获得的纤维具有纳米凸起的粗糙结构，平均直径为66.95±22.17 nm（图1c）。在气相沉积之后，所得的F-PVDF-HFP/SiO2纤维的粗糙结构依然存在，它们的平均直径略微增加至70.09±27.59 nm（图1d）。SEM图像显示，F-PVDF-HFP/SiO2滤材孔结构在氟化后依然保持开放连通的状态。丰富的纤维间空隙有助于空气在膜材料内渗透，降低过滤阻力，提高透光性。

图2：PVDF-HFP/SiO2膜的表面润湿性能。

F-PVDF-HFP/SiO2材料表现出超疏水和疏油性（图2）。对水、油、乙醇的接触角分别为151.28±6.95º、142.73±5.01º和137.67±3.55º。图2d展示了蓝色水滴、透明大豆油液滴和黄色乙醇液滴在F-PVDF-HFP/SiO2滤材表面的润湿性。考虑到纱窗型滤材在实际应用中可能面对的各类恶劣甚至极端天气条件，我们对复合滤材进行了包括超声、酸碱浸泡、低温冷冻和湿热老化等苛刻条件处理。结果显示经过极端处理后滤材的疏水、疏油性没有明显变化，对水、油、乙醇的接触角分别保持在145°、130°和120°以上（图2b）。说明所制备滤材在恶劣天气条件中稳定应用的巨大潜力。

图3： F-PVDF-HFP/SiO2复合滤材的透光性和空气过滤性能。

F-PVDF-HFP/SiO2复合滤材表现出良好的透光性（图3a），透过透光率分别为96%和90%的纤维滤材可以清晰地看到远处建筑物。由于纳米纤维和纳米凸起结构的协同作用，F-PVDF-HFP/SiO2纤维滤材同时具有良好的过滤性能。90%透光率的滤材对氯化钠细颗粒物过滤效率为95.04%（图3b），对石蜡油细颗粒物的过滤效率为93.59%（图3c）。

图4：F-PVDF-HFP/SiO2纤维滤材的清洗过程演示图，以及被氯化钠细颗粒物和石蜡油细颗粒物污染后的纤维滤材清洗前后的SEM图像、过滤性能和透光性。

过滤介质的清洗和再生方法一般包括振动敲打、反吹等步骤，往往需要特定设备，且需要将过滤介质拆卸后进行，不适合日常家庭式使用。考虑到防霾纱窗一般垂直安装于窗户上，我们设计了一种简易并快速的喷雾清洗并自然风干的方式完成纳米纤维防霾纱窗的清洁工作，使其更适合日常家庭使用。从SEM图中可以看出，沉积在过滤材料表面的氯化钠细颗粒物或是油膜可以被喷雾法洗去（图4a），且过滤效率（图4b、d）和透光率（图4c、e）基本保持不变。且在10个“清洁-污染”循环内过滤性能稳定。这种清洁程序更简单快捷，适合日常家庭使用。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738823002016