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  隨著工業(yè)的快速發(fā)展，鋼鐵、發(fā)電廠、化學工業(yè)和車輛等排放的空氣污染物已經(jīng)嚴重影響到了人體健康。然而，實現(xiàn)高溫污染源頭的高效除塵過濾是非常困難的。這主要歸因于廢氣的溫度高達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）在捕獲細小顆粒物（特別是空氣動力學直徑小于2.5μm（PM 2.5）的易通過呼吸道進入人體的有害物質(zhì)）方面性能差強人意，伴隨著巨大的壓降阻力，且熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性能不佳。

  針對在特定高溫污染物源頭廢氣排放污染問題，寧新教授團隊基于國產(chǎn)芳砜綸（聚砜酰胺，polysulfonamide）設(shè)計了一種新型的聚砜酰胺/聚丙烯腈-勃母石（PSA/PAN-B）復合納米纖維過濾膜。在這項研究中，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能力。

圖一：PSA/PAN-xB納米纖維膜（a）在2m/s風速下的過濾效率和壓降，（b）表面歸一化電勢衰減；（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速下的過濾效率和壓降；以上過濾效率評價顆粒粒徑為0.3μm。

  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復合納米纖維基過濾膜表現(xiàn)出高過濾性效率（高達99.52±0.32％），低壓降（45.16±1.39Pa），優(yōu)異的柔韌性以及良好的機械性能。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)合過濾機理和實驗數(shù)據(jù)分析，提出了油性軟污染物顆粒的捕獲模型。該研究進一步拓寬了國產(chǎn)芳碩綸的應(yīng)用范圍，并為耐高溫耐化學腐蝕性能過濾器的設(shè)計提供了新的思路。

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，以上過濾效率評價測試風速為2m/s，圖（a）中評價顆粒粒徑為0.3μm。

圖三：（a）PM2.5顆粒物攔截及過濾機理示意圖；PSA/PAN-0.5B納米纖維膜在燃燒檀香木過濾前（b），后（c）的光學照片；（d-f）PSA/PAN-0.5B納米纖維膜隨時間對油性軟PM2.5顆粒污染物的捕獲細節(jié)SEM圖片和（g-i）對應(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紡織服裝學院碩士研究生楊雪，通訊作者為袁丁博士，通訊單位為青島大學。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校直屬科研機構(gòu)，由國家“千人計劃”寧新教授領(lǐng)銜組建，依托紡織科學與工程一級學科博士點和材料科學與工程一級學科博士點，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研究方向。目前，研究院已形成國家“千人計劃”、山東省泰山學者為領(lǐng)銜的跨學科、專業(yè)結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)學研一體化、分工合理、高效率、團結(jié)奮進的研究團隊。更多內(nèi)容請登陸網(wǎng)址：https://irintt.qdu.edu.cn

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