隨著工業(yè)的快速發(fā)展，鋼鐵、發(fā)電廠、化學(xué)工業(yè)和車輛等排放的空氣污染物已經(jīng)嚴(yán)重影響到了人體健康。然而，實(shí)現(xiàn)高溫污染源頭的高效除塵過濾是非常困難的。這主要?dú)w因于廢氣的溫度高達(dá)300℃，并且通常包含腐蝕性氣體。因此，過濾材料既要承受高溫又要經(jīng)受化學(xué)腐蝕，而傳統(tǒng)的基于非織造纖維的過濾材料（例如玻璃纖維，熔噴纖維和紡粘纖維）在捕獲細(xì)小顆粒物（特別是空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5μm（PM 2.5）的易通過呼吸道進(jìn)入人體的有害物質(zhì)）方面性能差強(qiáng)人意，伴隨著巨大的壓降阻力，且熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性能不佳。

針對(duì)在特定高溫污染物源頭廢氣排放污染問題，寧新教授團(tuán)隊(duì)基于國(guó)產(chǎn)芳砜綸（聚砜酰胺，polysulfonamide）設(shè)計(jì)了一種新型的聚砜酰胺/聚丙烯腈-勃母石（PSA/PAN-B）復(fù)合納米纖維過濾膜。在這項(xiàng)研究中，通過添加少量PAN作為輔助聚合物提高了PSA的可紡性能。此外，通過引入勃姆石駐極體構(gòu)建纖維表面粗糙度以及提高纖維濾材的電荷存儲(chǔ)能力。

圖一：PSA/PAN-xB納米纖維膜（a）在2m/s風(fēng)速下的過濾效率和壓降，（b）表面歸一化電勢(shì)衰減；（c）PSA/PAN-0.5B納米纖維模型；不同克重PSA/PAN-0.5B納米纖維膜在2m/s風(fēng)速下的（d）過濾效率和壓降以及（e）質(zhì)量因數(shù)；（f）1g/m2的PSA/PAN-0.5B納米纖維膜在不同風(fēng)速下的過濾效率和壓降；以上過濾效率評(píng)價(jià)顆粒粒徑為0.3?m。

通過數(shù)據(jù)分析和3D模擬，優(yōu)化了制備工藝參數(shù)，所制備得到的PSA/PAN-0.5B復(fù)合納米纖維基過濾膜表現(xiàn)出高過濾性效率（高達(dá)99.52±0.32％），低壓降（45.16±1.39Pa），優(yōu)異的柔韌性以及良好的機(jī)械性能。特別地，得益于聚砜酰胺固有的分子結(jié)構(gòu)，在高溫，酸或堿處理后，污染顆粒物的去除效率仍保持不變。此外，結(jié)合過濾機(jī)理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提出了油性軟污染物顆粒的捕獲模型。該研究進(jìn)一步拓寬了國(guó)產(chǎn)芳碩綸的應(yīng)用范圍，并為耐高溫耐化學(xué)腐蝕性能過濾器的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

圖二：1g/m2的PSA/PAN-0.5B納米纖維膜在高溫（a）（b），酸（c）（d）和堿（e）（f）處理1h后的過濾性能和SEM圖片，以上過濾效率評(píng)價(jià)測(cè)試風(fēng)速為2m/s，圖（a）中評(píng)價(jià)顆粒粒徑為0.3?m。

圖三：（a）PM2.5顆粒物攔截及過濾機(jī)理示意圖；PSA/PAN-0.5B納米纖維膜在燃燒檀香木過濾前（b），后（c）的光學(xué)照片；（d-f）PSA/PAN-0.5B納米纖維膜隨時(shí)間對(duì)油性軟PM2.5顆粒污染物的捕獲細(xì)節(jié)SEM圖片和（g-i）對(duì)應(yīng)的捕獲模型示意圖。

以上成果以《Electrospun Polymer Composite Membrane with Superior Thermal Stability and Excellent Chemical Resistance for High-Efficiency PM2.5 Capture》為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。論文第一作者為青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院碩士研究生楊雪，通訊作者為袁丁博士，通訊單位為青島大學(xué)。非織造材料與產(chǎn)業(yè)用紡織品創(chuàng)新研究院是青島大學(xué)校直屬科研機(jī)構(gòu)，由國(guó)家“千人計(jì)劃”寧新教授領(lǐng)銜組建，依托紡織科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)和材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)，研究院關(guān)注非織造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，現(xiàn)設(shè)有特型非織造裝備和工藝的工程研究、智能紡織品中功能纖維研究、纖維表面改性與非織造材料的功能后整理研究、非織造結(jié)構(gòu)及纖維隔膜在環(huán)境、新能源方面的研究四個(gè)研究方向。目前，研究院已形成國(guó)家“千人計(jì)劃”、山東省泰山學(xué)者為領(lǐng)銜的跨學(xué)科、專業(yè)結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)學(xué)研一體化、分工合理、高效率、團(tuán)結(jié)奮進(jìn)的研究團(tuán)隊(duì)。更多內(nèi)容請(qǐng)登陸網(wǎng)址：https://irintt.qdu.edu.cn

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https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b15219