上海交大张亚非传授：GO改性聚丙烯腈纳米纤维膜用于高效氛围过滤

颗粒物(PM)污染已经给人们的康健带来了严峻的威胁。PM2.5是氛围动力直径小于2.5微米的颗粒物，是最常见的致病污染物。PM2.5污染物具有较大的外貌积，含有大量的致病物质，也会进步疾病的发病率，危害环球大众康健。为了只管即便淘汰氛围污染对我们康健的负面影响，不但要严厉实行划定，并且还要预备高服从的氛围过滤器。但是，现在大型氛围净化设置装备摆设广泛代价昂贵、能耗高、服从低。商用口罩也存在本钱高、服从低的缺点，这大概是因为滤膜的缺陷。现有的氛围滤清器和滤膜广泛存在滤除服从低、质量因数低、驻极体失效带来的宁静隐患以及对超细颗粒的捕捉服从低劣等题目。是以，急需开辟一种高效、低本钱的氛围过滤膜。

克日，上海交通大学张亚非传授课题组将氧化石墨烯(GO)粉末引入二甲基甲酰胺(DMF)与PAN溶液中，通过静电纺丝制备纳米纤维膜。制备的纳米纤维重量轻，透气性好，恒久稳健，在过滤设置装备摆设中具有潜伏的应用远景，如口罩和纱窗，以及其他氛围净化体系。纳米纤维的直径重要漫衍在250 nm左右，包管了较高的氛围过滤服从和较高的颗粒吸附稳健性。因为氧化石墨烯薄片上有分外的官能团，PAN/GO纳米纤维对PM2.5的吸附作用可以形成协同作用。与商用口罩过滤质料和纯PAN纳米纤维相比，PAN/GO纳米纤维利用100小时后的去除率分别超过跨过99.1%和15.1%。

图1 (a)电纺纳米纤维的制备方案。(b)电纺丝溶液的构成。

图2 (a)商用纤维、(b) PAN纳米纤维和(c) PAN/GO-3纳米纤维的直径漫衍图。(d)商品纤维，(e)PAN纳米纤维和(f) PAN/GO-3纳米纤维吸附前SEM图。(g)贸易纤维、(h) PAN纳米纤维和(i) PAN/GO-3纳米纤维吸附后的SEM图像。

图3 (a)(d)贸易纤维，(b)(e) PAN纳米纤维和(c)(f) PAN/GO-3纳米纤维吸附前后的表示图。

当未经净化的氛围流做生意业纤维时，只有少数颗粒能撞击并吸附在薄纤维上，而险些没有任何颗粒能附着在厚纤维上。可以以为，纤维之间存在大量的清闲隔断，粗大的纤维与PM2.5颗粒之间没有充足的有用打仗，尤其是化学相互作用。大多数商用过滤器中的纤维只是对含pm2.5的氛围流淌起到物理屏蔽的作用，很少有纤维能被动吸附这些微小颗粒，导致去除成效较差。

PAN纳米纤维对PM2.5颗粒吸附不匀称，但与产业纤维相比，去除服从有显着进步。聚在纳米纤维的交联点处，在纤维的中部只有少量椭圆状。PM2.5颗粒聚拢在PAN纳米纤维上的缘故原由大概是PAN纳米纤维的腈基与PM2.5颗粒的极性外貌官能团之间存在偶极矩相互作用。

对付PAN/GO纳米纤维，PM2.5匀称吸附在每一根纳米纤维上(图4c和f)，参加GO粉后，新电纺纳米纤维中亲水官能团增多，有利于PM2.5颗粒与纳米纤维的匀称联合。除了丁腈基团氧化石墨烯中的很多含氧基团体现出精良的亲水性，促进了氧化石墨烯/氧化石墨烯纳米纤维的匀称吸附。因为PM2.5普通为固体或液体气溶胶，含氧基团的亲水性有助于吸附氛围中更多的水分，从而更简单吸附。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.9b00806

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