在国家环保政策的推动下，面对大气污染和水污染等威胁人类健康的环境问题，越来越多的研究工作聚焦开发用于空气过滤等领域的过滤与分离膜材料，但过滤与分离应用环境复杂，存在高温、酸碱等因素影响，而传统的基于非织造纤维的过滤材料难以满足复杂环境条件下过滤与分离应用，时常表现出过滤效率差强人意、热稳定性及化学稳定性能不佳等。因此，开发具有适应不同工况条件下的综合性能优异的过滤与分离纤维膜材料成为研究热点。

图1 PES@ZIF8-PSA/PES复合膜构筑及形貌。

鉴于此，青岛大学非织造材料创新团队宁新教授团队明津法博士、袁丁博士等借助静电纺丝技术成功开发了一种具有独特分层结构的复合纳米纤维膜，由沸石咪唑骨架-8嵌入聚醚砜（PES@ZIF8）纤维层和聚砜酰胺/聚醚砜（PSA/PES）纤维层组成，以应对实际过滤过程中在复杂环境下的空气过滤，克服了高过滤效率和低气压阻力之间的冲突。得益于各组分自身的优点和双层分层结构的协同作用，制备的PES@ZIF8-PSA/PES复合膜在极低的压降（仅15 Pa）下具有极高的空气过滤效率（高达99.986%），超强的PM0.3净化能力（接近99.95%），真烟PM2.5长期循环过滤能力，优异的耐高温性（超过200 ℃），阻燃性，良好的化学稳定性和自清洁能力。

除此之外，由于其自身的选择性润湿性（疏水性和超亲油性），过滤膜可以实现油水混合物和油水乳液的有效分离。特别是PES@ZIF8-PSA/PES纳米纤维膜在高温或强酸/强碱条件下仍能保持优异的空气过滤和油水分离性能。相关研究内容以“MOF-embedded bifunctional composite nanofiber membranes with a tunable hierarchical structure for high-efficiency PM0.3 purification and oil/water separation”为题目发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

图2 PES@ZIF8-PSA/PES复合膜空气过滤效率评价。

图3 PES@ZIF8-PSA/PES复合膜耐酸、耐碱及耐高温性评价。

图4 复合膜空气过滤机理分析。

本成果开发的芳砜纶基过滤膜，其优良的综合性能赋予其从环境治理到个体保护和工业安全等领域的广泛的应用前景，有望应用于电力、钢铁等工业产生的含有SO2、NOx等强腐蚀性成分的高温烟气粉尘的过滤，以及具有高酸度、高碱度或高盐特性的工业含油废水的分离。

非织造材料与产业用纺织品创新研究院是青岛大学校直属科研机构，由国家级人才宁新教授领衔组建，依托山东省高峰学科纺织科学与工程，研究院关注非织造产业领域技术和产品创新，现设有特型非织造装备和工艺的工程研究、智能纺织品中功能纤维研究、纤维表面改性与非织造材料的功能后整理研究、非织造结构及纤维隔膜在环境、新能源方面的研究四个研究方向。目前，研究院已形成国家级人才、山东省泰山学者为领衔的跨学科、专业结构和年龄结构合理、产学研一体化、分工合理、高效率、团结奋进的研究团队。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c09463

人物简介

明津法，工学博士，副教授，硕士生导师，第四届“王善元优博基金”获得者，《丝绸》青年编委等。近年来，主持完成纵横向科研项目7项以上，主持山东省省级教改项目3项，获山东省省级教学成果奖一等奖1项、中国纺织工业联合会教学成果奖二等奖2项，山东省研究生优秀成果奖1项，发表国内外高水平学术论文30篇以上，授权国家发明专利5项。

研究方向：非织造新材料开发、纤维材料功能改性、丝蛋白生物材料

联系邮箱：mingjinfa@qdu.edu.cn