静电纺丝纳米纤维膜作为高效空气过滤材料已经得到了广泛的研究，但对于亚微米级的纳米纤维膜，仍然存在过滤效率低、功能单一等问题。与此同时，以石油为原料的纳米纤维膜严重增加了对环境的负担。聚乳酸是一种无毒、生物可降解和环境可持续性的生物基可降解聚合物，在空气净化和环境治理领域具有广阔的应用前景。然而，同时提高聚乳酸纳米纤维膜的空气过滤性能、消毒和甲醛降解性能仍然是一个挑战。
近日，北京服装学院汪滨副教授团队与中国矿业大学（北京）孙志明教授团队在《Separation and Purification Technology》期刊发表了题目为“A versatile electrospun polylactic acid nanofiber membrane integrated with halloysite nanotubes for indoor air purification, disinfection, and photocatalytic degradation of pollutants”的文章。研究通过静电纺丝辅助喷涂技术和连续收卷装置，制备了一种结合天然驻极体埃洛石纳米管(HNTs)和磷酸银(Ag3PO4)的多功能聚乳酸（PLA）纳米纤维膜（ENMs）。
HNTs改善了PLA纳米纤维膜的自支撑性，并使其具有驻极体效应，增强了与亚微米颗粒物和细菌的静电相互作用，延长了使用寿命。此外，将Ag3PO4分布在HNTs上，然后掺入PLA静电纺丝纳米纤维中，使得HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs对气态甲醛、盐酸四环素和亚甲基蓝表现出良好的光催化降解能力。基于聚乳酸的复合膜具有增强的静电相互作用和光催化性能，使其在过滤亚微米颗粒物、杀菌、降解VOCs等方面具有多功能性，为基于绿色聚合物和静电纺丝技术的室内空气和水净化提供了一种新的思路和可行的方法。
图1 HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs 制备示意图
图2 HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs形貌分析。
图1显示了复合纳米纤维膜的制备过程，以改性的埃洛石纳米管（HNTs）为载体，在其表面原位生长磷酸银（Ag3PO4）纳米颗粒，制备一种具有光催化性能的Ag3PO4@HNTs复合颗粒，结合静电纺丝法制备得到一系列不同掺杂量的Ag3PO4@HNTs/PLA ENMs。如图2b所示，直径为92±5 nm的球形Ag3PO4纳米颗粒紧密而均匀地锚定在HNTs表面。得益于HNTs表面的硅烷化修饰，HNTs@Ag3PO4可以很好地分散在电纺前驱体中，然后均匀分布在聚乳酸纳米纤维中。图2f-g证实了Ag3PO4和改性HNTs之间良好的分散性和紧密的接触界面。
图3 HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs空气过滤性能测试。
图3展示了HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs的高效和长期稳定的空气过滤性能，将HNTs引入到PLA纳米纤维膜中，显著提高了膜的重复使用性和使用寿命，HNTs作为一种具有电荷储存能力的驻极体，有利于增强纤维与颗粒之间的静电吸附效果。
图4 HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs的甲醛和污染物降解性能。
使用HNTs@Ag3PO4/PLA ENM对气相甲醛在可见光下进行降解，不仅能通过物理吸附甲醛，还能够将甲醛氧化成二氧化碳和水。同时复合膜对亚甲基蓝和盐酸四环素也具有很好的降解能力。
图5 Ag3PO4@HNTs/PLA ENMs光催化抗菌和降解污染物的机理图
（1）抗菌机理
Ag3PO4纳米颗粒在可见光的照射下表现出很强的光氧化能力，能够激发空气或水中的氧，产生具有强氧化性的•OH和•O2−，从而破坏细菌的正常代谢，起到抗菌效果。在无光照的条件下，Ag3PO4纳米颗粒可以缓慢释放Ag+，Ag+能进入细胞内部，使蛋白质变性，破坏细菌的正常活动，抑制细菌增殖。
（2）甲醛降解机理
引入天然埃洛石后，HCHO分子很容易被吸附。当可见光照射时，Ag3PO4价带（VB）上的电子被激发到导带（CB）上。积累在Ag3PO4的CB上的光生电子可以与吸收的O2反应生成•O2−活性自由基，而积累在VB上的h+可以与OH-和H2O反应生成•OH，进一步在•O2−和•OH的共同参与下将HCHO分解成CO2和H2O。
我们将环保型聚乳酸电纺纳米纤维膜与光催化HNTs@Ag3PO4纳米颗粒相结合，构建了一种用于室内空气净化、消毒和光催化降解污染物的多功能纳米纤维膜。通过静电纺丝技术，辅以喷涂技术和连续缠绕装置，实现了HNTs@Ag3PO4/PLA ENMs的高质量和规模化生产。这种生物基多功能的纳米纤维膜将在室内空气净化和废水处理领域有着广阔的应用前景。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124371
通讯作者
汪滨，副教授，硕士生导师，北京服装学院材料设计与工程学院。主要从事静电纺丝技术及功能性纳米纤维材料和智能纺织品的应用基础研究。承担国家自然科学基金青年基金、北京市高等学校优秀青年人才培育计划项目、北京市委组织部优秀人才、北京市教育委员会科技项目及企业项目20余项。以第一作者/通讯作者发表SCI论文45篇（ESI高被引论文1篇）、EI论文10篇，申请中国发明专利15项、授权2项，出版著作1本。
孙志明，教授，博士生导师，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院。研究方向为非金属矿加工、非金属矿物材料、资源综合利用等。主持了国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、教育部霍英东青年教师基金、北京市自然科学基金及企业项目等20余项，以第一作者/通讯作者发表论文110余篇，总引5000余次，h指数40，入选2022全球前2%顶尖科学家“终身影响力”榜单，授权国家发明专利21项（部分已转化）。
