纖維基空氣過(guò)濾介質(zhì)具有良好的互連孔結(jié)構(gòu),，在攔截微小氣溶膠顆粒方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。靜電紡絲制備的納米纖維膜具有纖維直徑小、孔隙率高,、比表面積高,、微觀結(jié)構(gòu)可控等顯著優(yōu)點(diǎn)，有利于提高對(duì)細(xì)顆粒的過(guò)濾效率,。聚酰亞胺（PI）具有較高的芳香族雜環(huán)和功能性亞胺鍵,，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。此外,，PI具有較高的熱穩(wěn)定性和阻燃性,，在高溫空氣過(guò)濾領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。

齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部先端材料基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)采用靜電紡絲技術(shù)和浸漬法制備了一種高效耐高溫的多功能空氣凈化器材料,。將β-CD嵌入到PI纖維中,，利用強(qiáng)大的氫鍵作用力將Cu-MOF晶體組裝在纖維表面，以構(gòu)建層次化的多孔結(jié)構(gòu),。含有酰胺鍵的二胺單體在PI骨架中共聚,，以激活PI的表面惰性。利用β-環(huán)糊精(β-CD)作為PI纖維誘導(dǎo)劑,，通過(guò)氫鍵作用實(shí)現(xiàn)Cu-MOF的自組裝,，這種依靠分子間作用力驅(qū)動(dòng)材料自組裝可提高纖維膜的力學(xué)性能。Cu-MOF的引入降低了PI纖維膜壓降的同時(shí),，還可提高了PI濾膜對(duì)PMs的過(guò)濾效率,。

圖1 PI/CD-MOF納米纖維膜的制備示意圖

納米纖維過(guò)濾器中，β-CD可以有效調(diào)節(jié)Cu-MOF晶體的自組裝行為,，PI/CD-MOF過(guò)濾膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,、高比表面積(84.124 m2/g)和豐富的孔結(jié)構(gòu)，在過(guò)濾細(xì)小氣溶膠顆粒和吸附CO₂氣體方面具有顯著優(yōu)勢(shì),。該過(guò)濾器在32 L/min的氣速下對(duì)PM_0.3具有優(yōu)異的過(guò)濾效率(99.85%)和較低的壓降(136 Pa),，且具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性（300℃）、長(zhǎng)期過(guò)濾穩(wěn)定性和阻燃性能,。其次，由于Cu-MOF突出的開(kāi)放金屬位,，該過(guò)濾器在CO₂吸附方面表現(xiàn)出最佳性能,，PI/CD-MOF的CO₂吸附體積為14.2002 cm3/g，是PI膜的3.5倍,。此外,，基于非對(duì)稱水潤(rùn)濕驅(qū)動(dòng)機(jī)制，還組裝了雙層復(fù)合納米纖維膜,，實(shí)現(xiàn)了單向水傳輸,。該策略對(duì)多功能新型高溫空氣過(guò)濾器纖維膜材料的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

圖2濾膜(PI,、PI/CD,、PI-MOF和PI/CD-2-MOF)：(a) 對(duì)不同粒徑顆粒物的過(guò)濾效率,，(b)對(duì)PM_0.3的壓降和質(zhì)量因子QF變化關(guān)系；(c) PI濾膜和PI/CD-MOF濾濾膜的過(guò)濾機(jī)理,；(d) PI/CD-2膜對(duì)PM_0.3的過(guò)濾效率,；(e)不同浸漬時(shí)間對(duì)壓降和QF的影響；(f)雙層空氣過(guò)濾膜的長(zhǎng)期過(guò)濾穩(wěn)定性,。

該研究成果以“自組裝分級(jí)多孔納米纖維膜用于高效高溫空氣過(guò)濾及單向水傳輸”（Self-Assembly-Dominated Hierarchical Porous Nanofibrous Membranes for Efficient High-Temperature Air Filtration and Unidirectional Water Penetration）為題,，發(fā)表在國(guó)際知名期刊《膜科學(xué)》（Journal of Membrane Science）上。齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料學(xué)部碩士生魏文慧為文章第一作者,，導(dǎo)師張興雙為文章的通訊作者,。

本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、山東省重大創(chuàng)新工程,、山東省自然科學(xué)基金面上等項(xiàng)目的支持,。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121996