DOI: 10.1021/acsami.3c06491

大气颗粒物（PMs）污染引起了公众的广泛关注，特别是随着新冠肺炎的爆发。高性能空气过滤膜的制备具有重要意义。本研究采用生物合成聚合物聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV），通过简单的直接静电纺丝方法制备了一种用于PMs过滤的分层结构、可生物降解非织造膜。所制备的分层膜含有丰富的纳米线（5-100nm）和不同直径（1000-5000nm）的微纤维（25μm）。这种双峰微纤维和纳米纤维的形成机制源于微纤维在静电纺丝早期的分支。PHBV膜在5.3cm/s的空气流速和0.077%的标准大气压下表现出99.999%的优异PM0.3去除效率和100%的PM2.5去除效率。更重要的是，PHBV膜在堆肥条件下可以于1周内完全分解，这表明PHBV膜具有良好的生物降解性。总之，本工作为开发针对污染物、霉菌、细菌和病毒的可生物降解、高性能空气过滤器提供了新的见解。

图1.（a）用PHBV/HFP溶液制备HN膜的过程。（b）HN的示意结构。（c-f）静电纺丝不同阶段的射流照片：（c）泰勒锥和稳定射流，（d）稳定射流和不稳定射流的过渡，（e）不稳定射流，以及（f）分叉阶段。（g）HN膜及其分层纳米网和（h）键合结构的SEM图像。（i）纳米线的高倍放大SEM图像。（j）微米和纳米纤维双峰分布的滞后现象。

图2.由不同（a）浓度的前体溶液和（b）直流电压制备的PHBV HN结构膜的SEM图像。纳米网覆盖率随着（c）前体溶液浓度和（d）直流电压而变化。（e）不同NCR（纳米网覆盖率）的HN膜的孔径分布。

图3.不同条件下PHBV膜的PMs去除效率和压降：（a）13kV的DC电压，不同的前体浓度；（b）不同的DC电压，5.5wt%的前体浓度；（c）不同的膜基重（5.5wt%的前体浓度和17kV的DC电压）；（d）不同的气流速度（5.26g/m2的基重）。（e）30天内PHBV HN膜（5.5wt%，17kV，5.26g/m²）的PM去除效率变化。（f）最近报道的PMs去除膜和PHBV HN膜的过滤效率（PM0.3）和压降的比较。在5.33cm/s的气流速度下测试所有PM去除效率，如果没有注释，PM为NaCl颗粒。

图4.透明PHBV HN结构膜的对比照片：（a）具有不同NCR但基重均为0.7g/m²和（b）具有不同基重但NCR均为70%。（c）所制备的透明PHBV膜在不同透光率下的去除效率。（d）60分钟内透明PHBV HN窗纱的PMs阻挡能力。（e）具有强PMs粘附、PMs筛分、高透光率和空气穿透能力的空气过滤器示意图。（f）PHBV HN窗纱的照片。

图5.（a）堆肥过程不同时期的PHBV HN膜的照片。（b）堆肥过程不同时期的PHBV HN膜的SEM图像。（c）PHBV的生物降解过程，其中纤维素是对照组。