电纺纳米纤维空气过滤膜的功能化是个人防护应用的发展趋势，有望进一步增强综合防护能力，同时，应致力于探索更多生物基空气过滤膜的制备以减轻环境与能源危机。精油是从植物中提取的生物活性剂，具有一千多年的应用历史，已被证明具有提神醒脑、净化空气、驱蚊辟邪、促进新陈代谢等有益功效。然而，精油负载的电纺纳米纤维膜难以兼顾功能性、防护性及其他有益性能，极大限制了精油在空气过滤领域的应用。 

近日，厦门大学郑高峰副教授团队受自然界共生主义的启发，通过在醋酸纤维素溶液体系中引入具有温和结合力的肉桂醛精油，最大程度减小了精油对醋酸纤维素体系的破坏，并且有助于射流劈裂。另一方面，添加少量聚六亚甲基双胍盐酸盐增强射流劈裂，构建特殊的树状纤维结构，实现高性能空气过滤。肉桂醛、醋酸纤维素、聚六亚甲基双胍盐酸盐体系实现了和谐共生，醋酸纤维素为肉桂醛和聚六亚甲基双胍盐酸盐提供了“栖息地”，肉桂醛和聚六亚甲基双胍盐酸盐为纤维提供了功能性，并且不过多地破坏纤维的固有性能。

图1 共生主义启发的溶液体系构建与纤维结构优化策略。

这种独特的溶液体系优化策略使得在肉桂醛精油大量添加的情况下仍能保持醋酸纤维素基纳米纤维膜的疏水性（水接触角110°）、热稳定性（分解温度283.37℃）、机械强度（2.39MPa），辅以大量树状纤维结构，实现了高性能空气过滤。在32L/min空气流量下，对超细颗粒（PM0.3）的过滤效率为99.78%，阻力仅为59.5Pa，品质因数高达0.1028Pa-1，远高于KN95口罩（品质因数仅为0.06Pa-1）。由于肉桂醛精油的大量添加，所制备纳米纤维膜具有良好的驱蚊和抗菌特性，即使在通风30天的情况下，驱蚊率仍大于70%，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抑菌率均大于98%。最后，基于前期的研究，探索了八针鞘气聚焦批量电纺装置应用于该溶液体系批量制备的潜力，在大幅提高纤维生产率（0.673g/h）的情况下仍能实现高性能抗菌驱蚊空气过滤。

图2 基团相互作用探究与亲水性优化过程。

文章要点：

这项工作阐明了精油所携带不同类型的基团对宿主溶液体系和电纺射流行为的影响。

优选羟基占比较低的精油有助于保持宿主纤维的固有性能，并且能够促进射流细化。

精油与宿主聚合物之间的结合力赋予精油可纺性和缓释能力，精油的包封率大于40%，且能留存至少30天。

精油与聚六亚甲基双胍盐酸盐的协同抗菌机制赋予了纤维膜更优异的抗菌能力。

共生主义启发的功能纤维制备策略将推动精油在空气过滤领域的更广泛应用，我们将精油开创性地用于空气过滤领域并展示了其抗菌和驱蚊功效。然而，精油还具有许多有益功效未被开发，进一步的应用研究有望助力养生型个人防护口罩的开发，具有重大实际意义。

图3 精油对纤维固有性能影响的探究。

图4 精油对纤维形貌影响的探究。

图5 纤维膜过滤性能探究。

相关成果以“Electrospun Mutualism–Inspired CA/CMA/PHMB ultrafine bimodal nanofibrous membrane for High–Performance, Antibacterial, and Mosquito–Repellent air filtration”为题发表在国际著名化工期刊Separation and Purification Technology。论文的第一作者为厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院博士研究生邵尊桂，通讯作者为厦门大学郑高峰副教授，参与工作的还有博士研究生康国毅，硕士研究生沈锐敏、谢俊杰，以及厦门大学刘益芳副教授、厦门理工学院姜佳昕老师、王翔教授、李文望教授。

原文地址：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124920

作者简介：

郑高峰：

厦门大学，航空航天学院仪器与电气系副主任，副教授、博导，工学博士。发表 SCI、EI收录学术论文150余篇，申请发明专利110余项，第一发明人已授权发明专利30余项。主持有国家自然科学基金、福建省自然科学基金、教育部博士点基金和厦门市科技计划项目等纵向课题；承担有多项企业委托技术开发课题。主要从事微纳喷印、静电纺丝、工业自动化、先进控制技术及系统集成应用等方面的研究工作。作为第一完成人获中国发明协会发明创新奖一等奖、福建省、厦门市科学技术进步奖二等奖各1项。

主要奖励：

1、2023中国发明协会发明创新奖一等奖（第一完成人）

2、2021年度福建省科学技术进步奖二等奖（第一完成人）

3、2021年度厦门市科学技术进步奖二等奖（第一完成人）

4、厦门市引进高层次人才“双百计划”领军型创业人才

5、2018年福建省第十三届自然科学优秀学术论文三等奖

6、厦门大学第二届“我最喜爱的十位老师”

7、首届全国高等学校青年教师电工学课程教学竞赛 二等奖

8、厦门大学2015年度“厦航奖教金”

9、厦门大学物理与机电工程学院2013年度“优秀班主任”