纖維基空氣過濾介質(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。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,，有利于提高對細(xì)顆粒的過濾效率,。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)計性,。此外,，PI具有較高的熱穩(wěn)定性和阻燃性,，在高溫空氣過濾領(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,，通過氫鍵作用實現(xiàn)Cu-MOF的自組裝,，這種依靠分子間作用力驅(qū)動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,，還可提高了PI濾膜對PMs的過濾效率,。

圖1 PI/CD-MOF納米纖維膜的制備示意圖

納米纖維過濾器中，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)，在過濾細(xì)小氣溶膠顆粒和吸附CO₂氣體方面具有顯著優(yōu)勢,。該過濾器在32 L/min的氣速下對PM_0.3具有優(yōu)異的過濾效率(99.85%)和較低的壓降(136 Pa)，且具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性（300℃）,、長期過濾穩(wěn)定性和阻燃性能,。其次，由于Cu-MOF突出的開放金屬位,，該過濾器在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,，基于非對稱水潤濕驅(qū)動機(jī)制，還組裝了雙層復(fù)合納米纖維膜,，實現(xiàn)了單向水傳輸,。該策略對多功能新型高溫空氣過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) 對不同粒徑顆粒物的過濾效率，(b)對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濾濾膜的過濾機(jī)理,；(d) PI/CD-2膜對PM_0.3的過濾效率；(e)不同浸漬時間對壓降和QF的影響,；(f)雙層空氣過濾膜的長期過濾穩(wěn)定性,。

該研究成果以“自組裝分級多孔納米纖維膜用于高效高溫空氣過濾及單向水傳輸”（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,。

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

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