随着城市化和工业化的发展，空气污染问题日益严重，除了灰尘外，环境中往往还存在各种致病源，如细菌、甲醛等，亟需开发高性能、多功能空气过滤膜以抵御这些威胁。另一方面，不可降解的废弃过滤膜会带来严重的白色污染问题，对环境造成很大负担。因此，完全通过可降解生物基材料制备高性能、多功能空气过滤膜是实现良好个人防护和绿色可持续发展的关键。膜的结构优化是空气过滤性能提升的重要因素。然而，由于离子型生物基材料的研究应用较为缺乏，基于高溶液电导率的传统优化策略极大地阻碍了全生物基空气过滤膜的发展。

近日，厦门大学郑高峰副教授团队在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上，发表了最新研究成果“Ethyl cellulose/gelatin/β–cyclodextrin/curcumin nanofibrous membrane with antibacterial and formaldehyde adsorbable capabilities for lightweight and high–performance air filtration”。厦门大学为第一署名单位，论文第一作者为萨本栋微米纳米科学技术研究院博士生邵尊桂，通讯作者为郑高峰副教授。研究通过静电纺丝工艺，以“低结合能”乙基纤维素(EC)为基聚合物，明胶、β环糊精、姜黄素为功能负载材料，制备具有双模结构的纳米纤维空气过滤膜，并开发出能够抗菌除醛的高性能轻质口罩。

与相对“高结合能”的醋酸纤维素（CA）为基聚合物相比，所构建的EC基溶液具有更大的结合能差异，能够在功能材料大量负载和不引入离子型材料的情况下制备出优化的双模纤维结构（CA基膜仅为均匀的细纤维），表现出更好的空气过滤性能。

图1：不同基聚合物纤维膜的制备、表征与成型机理探究。

由于结构的优化，所制备的EC基纤维膜兼具良好的空气过滤性能和抗菌、除醛能力。对0.3 μm NaCl颗粒的过滤效率为99.25 %，空气阻力仅为53 Pa，质量因子高达0.092 Pa−1，远高于KN95口罩（品质因数仅为0.06Pa-1）。此外，由于功能材料集中于一个核心层，所制备EC基纤维膜能够应用于制备出轻质口罩，重量与厚度是商用活性炭口罩的50%左右，因此具有更好的轻薄度和佩戴舒适性。

图2：纤维膜的空气过滤性能；轻质口罩与商用口罩的轻薄度与过滤性能对比。

另一方面，由于功能材料的大量负载，所制备EC基纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.9 %和99.4 %，甲醛吸附量为442 μg/g，抗菌和除醛性能均优于商用活性炭口罩。

图3：抗菌性能与除醛能力。

值得一提的是，这是首篇报道完全由生物基材料制成具有抗菌除醛能力的高性能空气过滤膜。该工作为推动全生物基高性能、多功能空气过滤膜的开发提供了新颖的制备思路。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127862

人物简介：

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、博士生导师，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”