Page 37 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 吴延鹏，等: 静电纺丝纳米纤维膜空气过滤研究进展 ·1531·

[9]
心纺丝法 、模板法 [10-11] 等相比，静电纺丝法仪器 表面张力牵引形成带电喷射流，而喷射流向前运动过
简单、工艺连续、性价比高，被认为是制备纳米纤 程中，溶剂挥发，纤维固化，以无序状态排列于接收
维膜较为通用且方便的方法 [12] 。 装置上，最终形成纳米纤维膜，如图 3 所示。

图 1 空气过滤材料的分类 图 2 以 electrospinning 为关键词的文献检索结果
Fig. 1 Classification of air filtration materials Fig. 2 Literature search results with electrospinning as key
word
静电纺丝法是通过在聚合物溶液或熔体上施加
高电压来制备纳米和亚微米直径纤维膜的一种有
效且通用的技术 [13-14] 。静电纺丝纳米纤维膜具有很
高的孔隙率、较小的孔径和良好的互连孔结构，有
利于空气分子的传输以及空气中颗粒的捕获 [15] 。基
于这些特性，许多类型的静电纺丝纤维膜在空气过
滤方面有很好的应用前景，如超细尼龙纤维、超细聚
偏氟乙烯纤维和超细聚丙烯腈（PAN）纤维等 [16-17] 。
1934 年，FORMHALS [18] 申请了制备聚合物超

细纤维静电纺丝装置的专利，目前，静电纺丝法已
图 3 静电纺丝装置示意图
成为学术界和工业界的热门话题。根据 Sciencedirect Fig. 3 Schematic diagram of electrospinning device
的检索结果显示，近十年来关于静电纺丝的文献发
表数量呈逐年递增趋势，如图 2 所示。 目前，许多材料（例如聚合物，陶瓷，甚至金
溶液静电纺丝装置一般由高压电源、液体储存、 属）都已经可以通过静电纺丝制成均匀的纤维，具
喷射和接收装置组成，将聚合物溶液注入到注射器中， 有可控的尺寸、组成和形态 [19] 。静电纺丝工艺参数
然后调节高压电源装置，在容器（含聚合物溶液）与 主要由 3 部分组成：纺丝溶液、过程参数和环境参
接收装置之间加上高压静电，通过产生的静电力克服 数，具体如图 4 所示。

图 4 静电纺丝工艺参数
Fig. 4 Technological parameters of electrospinning

理，扩散机理和惯性机理）的基础上建立了孤立纤
1 高效滤膜 维理论。空气过滤过程可以分为两个阶段，稳态阶

段和非稳态阶段 [21] 。
1.1 纳米纤维膜空气过滤机理
1952 年，DAVIES [20] 在几种过滤机理（截留机 对于稳态阶段，当颗粒通过过滤介质时，捕获