随着工业化进程与经济快速发展，空气污染已逐渐演变为全球性的严峻挑战。大气悬浮颗粒物（PM）已成为主要污染物，尤其是空气动力学直径≤0.3 μm的固体及油性气溶胶颗粒。此类超细颗粒由于具备较高的渗透性，不仅能携带大量有毒有害物质及致病病毒，甚至可通过人体呼吸系统屏障直达肺泡区域，对肺部造成严重损害，从而对人类健康和环境可持续性构成重大威胁。空气过滤能高效拦截有害颗粒物，在充分保障公共健康安全的同时，有效降低其对生态环境的负面影响。

近日，青岛大学牛海涛和周华教授团队在期刊《Journal of Membrane Science》上，发表了最新研究成果“Superlyophobic electret cyclic olefin copolymer (COC) nanofibers for durable, high-efficiency removal of ultrafine solid and oily aerosol pollutants”。研究者通过简单的一步原位静电纺丝技术，制备了具有微纳双尺度纤维结构的超疏水/疏油COC纳米纤维膜。在COC驻集体特性、超疏水/疏油性以及微纳米纤维结构协同作用下，通过调整及优化工艺，所制备的FR-COC-QAS 纳米纤维膜能够实现固体和油性超细气溶胶颗粒的长期高效过滤，其对固体NaCl颗粒及油性DEHS颗粒（粒径≤0.3 μm）的过滤效率分别为99.9%及99.8%，压降仅为45 Pa及46 Pa；质量因子（QF）分别达到0.16和0.14。此外，该纤维膜具有出色的过滤稳定性和耐用性，经测试可保持至少20次循环试验以及300分钟长时间运行，抵抗各种恶劣处理（例如强酸/碱和盐侵蚀，长时间紫外线照射。

图1：FR-COC-QAS纳米纤维膜的制备流程及性能。

图2：SEM及直径分布特征：(a, d) COC纤维，(b, e) COC-QAS纤维，(c, f) FR-COC-QAS纤维。(g) 氟化物FR及季铵盐QAS加入对COC纤维结构和膜表面电位的影响。(h, i)不同纳米纤维膜的孔隙率和孔径分布。(j) FR-COC-QAS纤维膜超疏液性能。(k)不同纤维膜的静电粘附能力。

FR-COC-QAS纳米纤维膜呈现出独特的双尺度纤维结构，由纳米纤维（~790 nm）和微米纤维（~1.92 μm）组成，具有较小孔径和较高的孔隙率。表面电位高达8.0 kV，这是由于氟化物FR的加入提高纤维膜疏液性能，减少了环境湿度对电荷稳定性的影响，从而获得优异的空气过滤性能。

图3：(a) 膜表面电位与克重之间的关系。(b, c) 纤维膜克重对过滤性能的影响。(d, e) QF值。(f) 不同流速下FR-COC-QAS 纳米纤维膜的过滤性能。(g)纤维膜对不同尺寸气溶胶颗粒的过滤效率。(h) 不同膜过滤效率的比较。(i) 不同过滤器的过滤效率和压降的比较。

所制备FR-COC-QAS纤维膜在低压降下(45-46 Pa)对固体及液体过滤效率分别为99.9% (NaCl)和99.8% (DEHS)的卓越过滤效率。这些结果表明，双尺度纤维结构、超疏水/疏油性和COC驻极体特性的结合共同促进了纤维膜对固体和油性气溶胶颗粒卓越的过滤性能。

FR-COC-QAS膜具有优异的耐久性。通过将膜浸泡在不同腐蚀性化学溶液中，评估膜对强酸、强碱和NaCl溶液的耐化学腐蚀性。浸泡96小时后，用去离子水冲洗膜，并在环境条件下干燥，膜仍然表现出超疏水/疏油性。此外，在紫外辐照120 小时后，纤维形貌和膜的表面润湿性几乎没有变化。

图4：(a) 不同浓度NaCl溶液处理后FR-COC-QAS纳米纤维膜的WCA/OCA。(b) NaCl 溶液滴在膜上60min的照片。(c) 膜在25% NaCl溶液中浸泡后的SEM图像。(d) HCl和NaOH处理后膜的WCA/OCA。(e) 腐蚀溶液滴在膜上60分钟的照片。(f) HCl溶液（pH = 1）和 (g) NaOH溶液（pH = 14）处理后膜的SEM图像。 (h) 紫外处理120 h后膜的WCA/OCA和 (i) SEM图像。

FR-COC-QAS膜的卓越过滤性能主要源于物理拦截和自发强静电相互作用的协同作用。此外，经过20次循环过滤和300 min的长时间过滤后，FR-COC-QAS膜仍保持高效低阻的过滤性能，这表明其过滤稳定性优异。

图5：(a) FR-COC-QAS膜过滤机理示意图。（b, c）FR-COC-QAS膜对NaCl和DEHS气溶胶颗粒的多次过滤循环。(d)长效时间过滤性能。

论文链接： https://doi. org/10.1016/j.memsci.2025.124872.

人物简介：

周华教授：青岛大学特聘教授，博士生导师。2014 年在澳大利亚迪肯大学（Deakin University）获得材料工程博士学位，先后担任迪肯校聘阿尔弗雷德博士后及研究员。目前，已在《Chemical Reviews》《Advanced Materials》《Advanced Functional Materials》《Materials Horizons》《Chemical Engineering Journal》期刊上发表 SCI 论文 80 余篇，出版英文学术专著 1 部。其论文被引用次数总数超过 600 次，H 指数41。主要研究方向包括：基材表面与界面研究，纤维及纺织材料表面功能整理技术开发，健康防护纳米纤维及纺织材料开发与应用。

牛海涛教授：青岛大学特聘教授，2010 年获得澳大利亚迪肯大学材料工程博士学位，在迪肯大学前沿材料研究院从事静电纺纳米纤维方面科研工作。已在《Nano Energy》《Chemical Engineering Journal》《Materials & Design》《Advanced Fiber Materials》《Journal of Power Sources》等著名期刊上发表论文 80 余篇，引用次数超过 8000 次，H 因子为 44。已授权中国专利 22 项。主要研究方向为：静电纺纳米纤维中试及产业化装备开发与建造，先进纳米纤维制备技术，功能纤维材料应用研究与产业化。

张祎：青岛大学在读研究生，目前已在相关领域以第一作者及共同作者发表SCI文章5篇。研究方向为：驻集体聚合物静电纺丝纳米纤维及功能改性与应用。