隨著人們生活水平的提高，人們對環(huán)境中空氣質(zhì)量的要求也越來越嚴格。但是，大氣污染問題仍是威脅人類健康的重要因素，亟需加強防護與治理。纖維類材料因具有比表面積大、孔隙率高、吸附能力強、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢而被廣泛應用于空氣過濾中。
然而，現(xiàn)有纖維空氣過濾材料雖相對于其他材料而言具有以上優(yōu)勢，但自身的纖維直徑、孔隙率等問題仍限制了其進一步發(fā)展。當前的纖維過濾材料仍然具有材料厚重、堆積結(jié)構單一、過濾效率和空氣阻力難以同步優(yōu)化等問題。
對此，東華大學俞建勇院士和丁彬教授帶領的納米纖維研究團隊采用新型濕度誘導“靜電紡/噴”技術，以高偶極矩聚合物聚丙烯腈為原料，制備了小直徑、高孔隙率且具有蓬松雙網(wǎng)結(jié)構的納米蛛網(wǎng)/纖維網(wǎng)，該雙網(wǎng)結(jié)構可用作高效低阻空氣過濾材料。
研究團隊通過借助離子 — 偶極相互作用提升溶液荷電能力，促進了泰勒錐尖端荷電流體的可控噴射，進而通過調(diào)控環(huán)境濕度氛圍，誘導控制聚合物溶液體系的相分離速度與程度，實現(xiàn)了射流、液滴的同步形變/相變/自組裝。該材料中二維超細納米蛛網(wǎng)與蓬松納米纖維支架網(wǎng)絡緊密溶接，形成了穩(wěn)定的雙網(wǎng)絡結(jié)構。
二維納米蛛網(wǎng)結(jié)構具有直徑小、比表面積大的特性，提升了材料對超細顆粒物的吸附、篩分作用，還增強了其空氣滑移效應；同時，三維納米纖維支架網(wǎng)絡體現(xiàn)出了堆積蓬松、孔隙率高的優(yōu)勢，從而有效促進了氣流在纖維間的滲透擴散，大幅降低了材料的空氣阻力。結(jié)合上述兩種結(jié)構優(yōu)勢，該雙網(wǎng)結(jié)構材料可實現(xiàn)對空氣中超細顆粒物的高效低阻過濾，其對最易穿透粒徑顆粒物PM0.3的過濾效率高達99.99%，阻力壓降僅為大氣壓的0.11%；同時，可快速凈化室內(nèi)空氣PM2.5，且具有長效循環(huán)使用性能。
該研究成果的提出為新型高效過濾/分離材料的設計與開發(fā)提供了指導與借鑒。
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