随着全球工业化进程加速，工业污染问题日益严重，其中，颗粒物（PM）是大气污染的主要源头，对人类的生产生活和生态系统都造成了严重威胁。PM0.3是指空气中直径小于或等于0.3微米的固体颗粒或液滴，由于粒径小且易携带有毒有害物质，因此难以去除同时危害较大。面对PM0.3过滤，传统空气滤材仍存在高效低阻难以平衡、机械强度不足以及不易降解等局限，亟需开发新型环保高效空气过滤器（HEPA）。在纤维基空气滤材的研发过程中，研究人员将目光转向低成本和可生物降解的天然纤维，如纤维素纤维。此外，具有高强度的天然无机纤维也备受关注。其中，玄武岩纤维是一种由天然玄武岩矿石熔融制成的高性能绿色无机纤维，具有良好的力学强度和隔热阻燃等特性，有望用于新一代高性能空气过滤材料的制备。

近日，中国科学院新疆理化技术研究所马鹏程研究员团队在期刊《Journal of Hazardous Materials》上，发表了最新研究成果“Eco-friendly and highly efficient PM0.3 air filter made from nonwoven basalt fiber and electrospun nanocellulose fiber”。研究人员将天然玄武岩纤维和纳米纤维素纤维进行复合，成功构筑了一种环保型高效PM0.3空气过滤材料。相较部分进口商用 HEPA 滤材，这项研究中的复合纤维滤材表现出更优异的过滤性能，还具有显著的机械强度、热稳定性、耐火性、防潮性和生物可降解性等，同时该滤材制造成本较低，为新一代绿色可持续的高效空气过滤提供了创新解决方案。

图1 玄武岩纤维/纤维素纤维复合非织造滤材制备示意图

通过将非织造玄武岩纤维层和纳米纤维素静电纺丝层复合叠置，利用热压法形成具有三明治结构的复合纤维滤材。研究结果表明，随着玄武岩纤维含量增加，复合纤维滤材吸湿性下降，表面疏水性增强，力学强度提高，平均孔径有所增加。滤材中的纳米纤维素纤维平均直径约为200-350 nm，能够有效过滤小尺寸的细颗粒物，微米级玄武岩纤维则能够改善滤材透气率，从而提升综合过滤品质因子。

图2 复合纤维滤材的PM0.3过滤性能及对比

基于微纳米纤维的多层级复合结构，所制备的滤材其PM0.3过滤效率>99.99%，品质因子>0.025，优于商业H14级HEPA滤网（品质因子0.024）。此外，滤材也具有良好的自清洁功能，经过简单反吹处理，过滤效率可恢复至初始值的95.4%。借助仿真模拟手段，揭示了纤维滤材中的颗粒物碰撞、拦截和扩散协同过滤机制。

图3 复合纤维滤材的耐高温、阻燃性以及生物可降解性

此外，得益于滤材中玄武岩纤维的耐热阻燃特性，所得复合纤维滤材也具备优异的耐高温和阻燃性能，可安全应用于高温过滤等场景，经180 ℃高温处理，滤材的PM0.3过滤效率仍可保持在92%以上。此外，由于该滤材的制造原料均具有良好的环保特性，赋予其生物可降解性能，经过12天土壤掩埋处理后滤材失重率达84%，使该滤材废弃物的处理不会对环境造成二次危害。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424021873