日益严重的空气污染问题使空气过滤材料的开发成为当前的一个研究热点。

近期，齐鲁工业大学助理研究员张兴双采用共静电纺丝法结合后续浸渍处理，制备了一种高效、耐高温的多功能空气过滤器。其中，将Cu-MOF组装到聚酰亚胺（PI）纳米纤维上以构建分层多孔结构。含有酰胺键的二胺单体在PI骨架中共聚，以激活PI的表面惰性。β-环糊精（β-CD）作为PI纤维诱导剂，通过氢键作用实现了Cu-MOF晶体的自组装。一方面，PI/CD-MOF纳米纤维过滤器具有优异的PM0.3过滤效率（99.85%）和较低的压降（136Pa），这归因于纳米纤维过滤器的高比表面积。另一方面，由于Cu-MOF具有丰富的开放金属位点，该过滤器在CO2吸附方面表现出最佳性能。特别是，由PI/CD-MOF和PI膜组成的Janus双层复合纳米纤维膜具有独特的单向透水性能和长期过滤稳定性。基于上述研究，该制备策略可为多功能空气净化器的开发提供新的思路。

图1.PI/CD-MOF纳米纤维膜制备示意图。

图2.（a,a'）PI、（b,b'）PI-MOF和（c,c'）PI/CD-2-MOF膜的SEM图像和直径分布。

图3.（a）相关膜（PI、PI/CD和PI/CD-MOF）和Cu-MOF的FTIR光谱以及（b）XRD图谱。（c）PI-MOF膜的TEM图像。（d）PI和（e）PI/CD-MOF膜的光学照片。

图4.（a）PI/CD-MOF膜的EDS元素映射，包括C、O、N和Cu。（b）PI/CD膜的高分辨率O1s光谱，PI/CD-MOF膜的高分辨率（c）Cu2p和（d）N1s光谱。

图5.Janus双层复合纳米纤维膜：（a）水单向渗透模拟图；（b）PI膜的水接触角；（c）水润湿性的光学照片，PI向上，PI/CD-MOF向下，（d）PI/CD-MOF膜的水接触角；和（e）水润湿性的光学照片，PI/CD-MOF向上，PI向下。

图6.（a）相关膜（PI、PI/CD、PI-MOF和PI/CD-MOF）的N₂吸附-解吸等温线、（b）孔径分布、（c）微孔直径分布和（d）CO2吸附等温线。

图7.（a）相关膜（PI、PI/CD、PI-MOF和PI/CD-2-MOF）对不同PM颗粒尺寸PM0.3的过滤效率，（b）压降和QF。（c）PI和PI/CD-MOF过滤器的过滤示意图。（d）经不同时间浸泡处理后PI/CD-2膜的PM_0.3过滤效率，（e）压降和QF。（f）多次循环后Janus双层过滤器的过滤性能。

图8.（a）PI/CD-MOF膜在不同温度下的PM_0.3过滤效率。（b）不同纳米纤维膜的QF和过滤效率比较。（c,d）过滤后PI/CD-MOF纤维膜的SEM，插图为膜过滤装置的数字图像。

图9.（a）相关膜的TGA和（b）DTG曲线。（c）相关膜的应力-应变曲线。（d）PI/CD-MOF和（e）PI膜的阻燃试验。

该工作以“Self-assembly-dominated hierarchical porous nanofibrous membranes for efficient high-temperature air filtration and unidirectional water penetration”为题发表在《Journal of Membrane Science》（DOI:10.1016/j.memsci.2023.121996）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121996