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(yán)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(qiáng)防護(hù)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(qiáng)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)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(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)前的纖維過濾材料仍然具有材料厚重、堆積結(jié)構(gòu)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(xué)俞建勇院士和丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)采用新型濕度誘導(dǎo)“靜電紡/噴”技術(shù)，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(gòu)的納米蛛網(wǎng)/纖維網(wǎng)，該雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)可用作高效低阻空氣過濾材料。
研究團(tuán)隊(duì)通過借助離子 — 偶極相互作用提升溶液荷電能力，促進(jìn)了泰勒錐尖端荷電流體的可控噴射，進(jìn)而通過調(diào)控環(huán)境濕度氛圍，誘導(dǎo)控制聚合物溶液體系的相分離速度與程度，實(shí)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(xì)納米蛛網(wǎng)與蓬松納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)緊密溶接，形成了穩(wěn)定的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
二維納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有直徑小、比表面積大的特性，提升了材料對超細(xì)顆粒物的吸附、篩分作用，還增強(qiáng)了其空氣滑移效應(yīng)；同時，三維納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出了堆積蓬松、孔隙率高的優(yōu)勢，從而有效促進(jìn)了氣流在纖維間的滲透擴(kuò)散，大幅降低了材料的空氣阻力。結(jié)合上述兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，該雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)材料可實(shí)現(xiàn)對空氣中超細(xì)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(dá)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(shè)計(jì)與開發(fā)提供了指導(dǎo)與借鑒。
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