北航吴俊涛ampampamp中国地质大学刘金刚电纺PIZIF纳米纤维膜捕获PM2。5

　　随着工业的发展，空气污染，尤其是颗粒物污染，已经成为一个重大的环境问题。PM2.5由于其体积小，很容易通过呼吸道，甚至渗透到血管中，因此，人类长期暴露在PM2.5污染下会增加心血管和呼吸系统疾病的风险。PM2.5去除过滤器主要分为两类：多孔膜过滤器和纤维过滤器，其中纤维过滤器由于其表面积大、重量轻、压降低、合成方便，具有广泛的应用前景。但传统的纤维过滤器由于过滤效率低、机械性能差、热稳定性差等不可避免的缺点，没有得到广泛的发展和应用。因此，开发一种综合性能优异的新型过滤材料是过滤材料研究的长期目标。
　　近日，北航吴俊涛和中国地质大学刘金刚课题组首次提出利用电纺聚酰亚胺/ZIF-8 (PI-ZIF)纳米纤维膜实现高效捕获PM2.5。作者采用单喷丝头电纺丝技术，在常压下制备了PI-ZIF膜，并对比了ZIF-8不同负载量所得的膜过滤效率。随着ZIF-8的加入，纤维表面变得粗糙，出现超薄纤维。PI-ZIF膜由于其比表面积的增加和ZIF-8的多功能化，可以实现高效过滤。当ZIF-8负载量为10%时，PI-ZIF膜的PM2.5过滤效率最高可达到96.6±2.9%。与PI膜相比，PI-ZIF膜的过滤效率明显提高。作者将膜经过300°C热处理，发现该膜仍具有良好的热稳定性、较高的过滤效率，并保持原有的形貌结构。此外，所得膜具有压降低、透光性好、力学性能优良等优点。因此，具有优异综合性能的PI-ZIF膜可用于高效捕获PM2.5，尤其适用于恶劣环境。相关研究成果以＂Electrospun polyimide/metal-organic framework nanofibrous membrane with superior thermal stability for efficient PM2.5 capture＂为题目发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。
　　图1 PI- ZIF纳米纤维的SEM图像(a) PI， (b) (c) PI-ZIF-10；(d) 显示PI-ZIF-10膜的透明度。
　　图2 (a) PI和 (b)PI-ZIF膜过滤后的SEM图像。(c)不同膜的PM2.5过滤效率。(d)真实雾霾环境中不同膜过滤后PM2.5浓度。(e)不同膜在不同气体速度下的压降。
　　图3 (a) PI和PI- ZIF膜的TG曲线。(b) PI-ZIF膜经过不同温度热处理1小时后的PM2.5过滤效率。PI-ZIF-10纳米纤维(c)热处理前和(d)经过1小时300°c热处理后的SEM图像。
　　图4 （a）PI/PI-ZIF膜的应力-应变曲线，(b) 显示PI-ZIF膜的硬度，(c) 显示PI-ZIF膜的柔韧性。
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