邻苯二甲酸酯（PAEs）作为一类广泛使用的增塑剂，常见于多种人造产品中，具有释放周期长、难降解等特性。PAEs不仅具有内分泌干扰效应，还可能引发生殖系统损害、内分泌紊乱、儿童哮喘及神经系统发育障碍等健康风险，是室内环境中典型的新污染物与持久性有机污染物。目前，传统空气净化设备中采用的高效过滤器（HEPA）或填充式吸附模块因其运行阻力较大，在去除颗粒物和挥发性有机物（VOC）时已造成较高的建筑能耗，难以有效应对PAEs等新污染物的净化需求。因此，开发一种能够高效、低阻去除PAEs的新型净化技术具有重要意义。

近日，浙江科技大学卜钟鸣副教授团队在环境领域知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表了题为“Polyacrylonitrile (PAN) electrospun nanofibrous membrane for removing indoor gaseous phthalates: A health-driven framework for macro-channel adsorption module design and its implications”的研究论文。该研究通过静电纺丝技术制备出聚丙烯腈纳米纤维膜（PEM），并将其创新性地集成于微通道式空气净化模块中，利用纳米纤维卓越的吸附性能实现了对气态PAEs的高效去除。研究进一步建立了准确描述PAE吸附过程的传质模型，系统揭示了材料分配系数、膜厚度、风速及微通道几何参数等关键因素与净化性能之间的定量关系。基于该模型，团队提出了一种以健康效益为导向的模块设计与优化策略，旨在实现预期健康增益的同时显著降低系统运行能耗。

图1 基于PEM的微通道净化模块及健康导向的模块设计思路

扫描电镜（SEM）图像显示，所制备的PAN纳米纤维呈现随机堆叠、相互贯通的三维网络结构，平均纤维直径约为190 nm。实验表明，该材料在25°C下对邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二异丁酯（DiBP）和二正丁酯（DnBP）的分配系数介于1.12×106至3.65×107之间，吸附性能较传统纺织材料提高4~30倍。表面化学分析证实，吸附过程中材料化学结构未发生显著变化，表明其吸附机制以物理吸附为主。

图2 PEM的形貌和表面化学特性分析

图3 材料吸附前后的XPS图谱对比

传质模型计算结果与实验数据高度吻合（图4），为材料与模块的定向设计提供了可靠理论支撑。模型分析表明，提高材料分配系数和膜厚有助于延长模块使用寿命和吸附容量；而增加模块长度或减小通道高度虽可提升净化效果，也会导致压降上升，因此需结合实际应用场景在净化效率、模块尺寸与运行阻力之间取得平衡。

图4 PAE在微通道中的传质过程示意图及验证

图5 材料特性和结构参数对PEM微通道吸附性能的影响

尤为突出的是，本研究构建了一种健康驱动的模块设计方法。该方法以健康需求为出发点，融合污染物传输、人体暴露与疾病负担评估模型，实现了从材料性能到模块结构参数的逆向设计与系统优化。以室内气相DnBP净化为例，在设定“疾病负担降低20%”为目标的情况下，经该框架优化后的模块（BD-20）在吸附容量和使用寿命方面显著优于商用过滤模块，运行阻力降低80%以上，且制造成本相当，展现出显著的应用潜力与推广价值。该研究成果为高效、低阻地去除室内新污染物提供了新思路与技术支撑，对推动绿色、健康、低碳建筑环境发展具有重要参考意义。

图6 以健康收益为导向的净化模块设计流程图

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389425025452

人物简介：

卜钟鸣，博士，浙江科技大学智能制造与能源工程学院副教授。入选浙江科技大学领军人才计划、“十佳青年教师”。主要从事人工环境污染控制研究，包括建筑环境与人体健康、新污染物传输及暴露机理、空气净化技术等。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和广东省重点实验室开放基金等，在Journal of Hazardous Materials, Lancet Planetary Health, Building and Environment等期刊上发表高水平论文30余篇，授权国家发明专利3项。指导学生多次获国家大学生创新创业训练项目、浙江省新苗人才计划，以及全国大学生“节能减排”等科技竞赛奖项。

第一作者：孙瑜，浙江科技大学智能制造与能源工程学院在读硕士生，在Journal of Hazardous Materials，Building and Environment期刊上发表SCI论文2篇，获全国大学生“节能减排”社会实践与科技竞赛全国一等奖。