过滤用纳米纤维膜的研究进展

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1、过滤用纳米纤维膜的研究进展郑伟剑（11材料科学与工程1，2011327120123）摘要：近年來聚合物纳米纤维膜因具冇比表而积人、密度低、孔隙率高、孔间结合性&好、易与纳米尺寸的活性物质结合等系列优异性能而受到越来越多的关注。本文回顾了纤维过滤材料的发展历史，介绍静电纺纳米纤维过滤材料的研究发展，分别简述静电纺纳米纤维过滤膜权气体和液体过滤方面的应川。关键词：纳米纤维膜，静电纺丝，过滤材料1刖目A人类生活生产过程中，如制造，生物，医药，电子等行业，必定产生气载污染物、有害生物制剂、过敏原、气溶胶颗粒等。环境保护一直

2、是现代人的热门议题，近年来，由于纳米科学技术的巨人进展，特别是纳米技术与环境保护、环境治理的进一步奋机结合，使得作为其基础和先导的纳米材料极大的提升了人类保护环境的能力，为解决环保领域的难题如有害物质监控、污水处理、水体浮油处理等提供了可能。其中静电纺纳米纤维材料不仅具有可控的多级粗糙结构、堆积密度、纤维直径、比表則积、连通性等结构特性，还具冇独特的表/界而效应和介质输运性质，4:超精细过滤、有害物质检测、污染物吸附等环境领域有着广阔的应用前景。2纤维过滤材料的发展历史早在第一次世界大战期间，就出现了以石棉纤维为滤

3、料的防莓气而異。1940年，美国制备岀玻璃纤维过滤材料，并发明了专利。20世纪50〜70年代，纤维过滤材料得到了飞速发展，出现了以坡璃纤维为滤材的高效空气过滤器（HEPA）,并应川于房间的空气净化。为了进一步提高过滤性能，又采用超细玻璃纤维制备出的高效过滤器，对大于等于0.3um的微粒的过滤效率达到99.9998%。随后日本又开发岀一种超高效过滤器（ULPA），对0.1um的微粒，其过滤效率町以高达99.9995°%以上。随着电了、航天、精密仪器等对室内空气洁净度要求极高的新型行业的岀现和发展，微米级纤维过滤材料已

4、经达不到过滤精度的耍求，4:过滤材料结构屮使用纳米尺寸的纤维，是过滤材料发展的必然趋势。制备纳米级纤维过滤材料的方法很多，如离了微孔膜和陶瓷纳米膜材料等。但静电纺丝工艺是制备纳米纤维最简单的方法。3静电纺纳米纤维过滤材料的研究发展1902年，美国第一次在静电场力作川卜，利川溶液喷射流制备出纤维。1934年，FormhoIs在笑国提出静电纺丝技术并屮请了专利。1938年，Rozenblum和Petryanov—Sokolov在苏联的P尔波夫气溶胶实验室制备了静电纤维，并成功的将其应用于过滤材料（现在被称作为纳米纤维过

5、滤器）。1939年，防毒面具过滤元件的屯产厂在特维尔己经建立起來，这种过滤材料足通过电纺溶解在二鉍乙烷和乙醇混合溶剂的醋酸纤维素制备而來的。到20世纪60代末，苏联已经拥有5家生产纳米纤维过滤材料的工厂，而且产朵达到了每年2000万m2。在“唐纳森”公司的努力研究下，于1980年纳米纤维过滤材料4:美国也迅速兴起。在欧洲，电纺纤维的商业化始于1990年。我国在70年代末才开始真止:推广纤维过滤材料，主要采用的是湿法和化学粘合法加工技术，到了80年代至90年代;dJli现针刺法、纺粘法和熔喷法等，虽然R前已经拥有几乎

6、所有世界上的纤维制造技术,但对静电纺纳米纤维过滤材料的研究仍处于起步阶段。静电纺丝技术制备的纳米级纤维具冇纤维直径小、比表Ifii积高和长径比大等特点，由其构成的纳米纤维膜则有高的孔隙率、纳米级微孔（孔径在数十纳米到几微米之间变化）和连贯的孔洞，拥奋好的空气透过性，而且界易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，制备成具冇特殊功能的纳米纤维膜。4静电纺纳米纤维膜在气体过滤领域的应用杜晓明等将制备的过鉍乙烯纳米纤维膜庖川到空气净化处理方面，通过对比研究表明过鉍乙烯纳米纤维膜对于空气过滤的效果明显尚于其它过滤材料。Maz

7、e等合成了具奋三维结构的微n纳米纤维分离膜，该膜可以在空气进入压很低的情况F捕获纳米尺、r的气溶胶，M吋他们也发现空气温度、进入压等闪素对微n纳米纤维膜的过滤效果都奋影响。Ahn等利川直径为0.3um的微粒检测了聚酰胺26（PA26）纳米纤维膜对空气屮微粒的过滤情况，结果表明PA26纳米纤维脱的过滤效果优于商业化的商效空气过滤器。Sundarrajan等将电纺聚醚酰亚胺/聚酰胺（PA）复合纤维膜应用于军用防护服中，取得了较好的过滤防护效果。Yun等通过静电纺丝制备了直径均匀（范围在27（T400nm）的漿丙烯腈（P

8、AN）纳米纤维，以粒径在80nm以下的NaCl纳米粒子为例，达到相同的过滤效率吋，该纳米纤维过滤材料比商用过滤器的质M•要轻很多。M时，静电纺纳米纤维膜过滤材料也成功实现了产业化应用。美国Donaldson公司利用纳米纤维作为核心滤材开发出了I'ltra-Wcb滤芯，其纳污M比同样尺、I大小采用天然纤维滤材制造的滤芯要多5倍以上（使用寿命将大大延长），而且能