Page 41 - 《精细化工》2021年第8期
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第 8 期                       吴延鹏，等:  静电纺丝纳米纤维膜空气过滤研究进展                                   ·1535·


            过滤阻力，同时其良好的电绝缘性提高了内部电荷                             电纺纤维比传统的溶液静电纺丝直径大。另外，这
            储存的稳定性，该驻极体纤维膜对 0.3 µm 颗粒具有                        些熔体静电纺丝方法缺乏系统的理论指导，实际应
            99.96%的高过滤效率，同时保证了 54 Pa 的低过滤                      用还不够成熟，难以实现大规模生产，有待进一步
            阻力，并且在相对湿度为 90%的高湿环境下仍能保                           深入研究。
            持 97.51%的高过滤效率。之后研究者将一组复合纤
            维膜在异丙醇蒸汽中 24 h 完全去除电荷后测量其机                         2   功能滤膜
            械过滤效率，不带电荷的复合纤维膜对 0.3 µm 过滤
                                                                   空气过滤除了追求高效低阻外，不同的场合有
            效率仅有 66.38%。结果表明，静电效应可以大幅度
                                                               一些特殊的功能需求         [54] 。开发具有特殊功能（如：
            提高细颗粒物的过滤效果。目前，静电纺丝驻极体
                                                               抗菌、可降解、超疏水、耐高温）的纳米纤维滤膜
            纳米纤维膜理论较为复杂，且技术尚不成熟，仍存
                                                               已成为研究热点。
            在一定缺陷，关于如何减少纤维膜电荷衰减以及提
                                                               2.1   抗菌滤膜
            高在各种环境下过滤性能的稳定性有待进一步深入
                                                                   空气中的病毒、细菌等微生物往往附着在颗粒
            研究。
                                                               物上，颗粒物在滤材上积累会严重影响材料的过滤
            1.5   熔体静电纺丝
                                                               性能和使用寿命，同时易造成二次污染，增加人们
                 静电纺丝纳米纤维膜可控制的小直径、多孔结
                                                               感染疾病的概率。纳米纤维膜的内部和表层均可以
            构、高比表面积等无可比拟的优势，保证了其优异
                                                               通过添加纳米颗粒或者其他功能性分子，使其具有
            的过滤性能。但静电纺丝纳米纤维是从有机溶液中
                                                               更多的附加功能       [55] 。抗菌材料的制备通常是在纺丝
            电纺而成，有机溶剂大多具有挥发性和毒性，且使                             液中混入一定比例的抗菌剂，在兼具静电纺丝法制
            用后很难回收利用，易对人体造成伤害。在静电纺                             备纳米纤维膜的优势下，可大幅提高其抗菌性能。
            丝领域，有机溶剂的使用及其在纺丝过程中的蒸发                             根据抗菌剂成分的不同，可将抗菌材料分为天然抗
            不仅给静电纺丝带来潜在的风险，还增加了其制造                             菌材料、有机抗菌材料和无机抗菌材料。
            成本和难度，在很大程度上制约了静电纺丝纳米纤
                                                                   纳米银（Ag）由于具有广谱杀菌、强效杀菌以
            维的产业化。                                             及无耐药性等特点得到广泛应用。LI 等               [56] 将 3,3′,4,4′
                 1936 年，NORTON 提出了通过气流喷射生产纤                    二苯甲酮四羧酸（BPTA）接枝到含有纳米银粒子的
            维的熔体静电纺丝技术           [51] 。熔体静电纺丝技术是一              聚乙烯醇（PVA）膜上，制得的 PVA/Ag/BPTA 膜具
            种不使用传统溶剂（有机或无机）即可制备超细纤                             有很高的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌
            维的静电纺丝技术，由于其过程无溶剂挥发、原料                             产生了直径分别为(18.12±0.08)和(16.41±0.05) mm
            转化率高，因此被认为是一种高效、环保的超薄纤                             的抑菌圈，同时其过滤效率高达 99.98%，并保持了
            维制备工艺。但目前对熔体静电纺丝仅进行了有限                             168 Pa 的阻力损失。在用大肠杆菌气雾剂喷雾 7 次
            的研究，与溶液静电纺丝相比，学术论文发表数量                             后，其仍具有很强的抗菌活性。VANANGAMUDI
            相差百倍。主要是由于熔体静电纺丝设备结构复杂，                            等 [57] 通过静电纺丝法制备了 5 组含有不同质量分数
            不仅包括溶液静电纺丝常用装置，还需要加热系统                             Al 2 O 3 的聚偏氟乙烯（PVDF）-Ag-Al 2 O 3 薄膜。制得
            等复杂部件。                                             的膜分别进行抗菌定性实验和定量实验。5 组膜抗
                 杜琳等   [52] 利用熔体静电纺丝技术制备了聚乳酸                   菌效率均在 99%以上，并产生了不同程度的抑菌圈。
            （PLA）/乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）空气滤膜，                          其中，PVDF-Ag-8%Al 2 O 3 膜对 0.36 μm 颗粒的过滤
            并研究了其空气过滤性能。制得的 PLA/ATBC 滤膜                        效率为 99.17%，其中，8%为 Al 2 O 3 质量分数。由于
            对 0.3  μm 颗粒的稳态过滤效率最高达 99.95%，过                    革兰氏阴性菌具有更致密的细胞壁结构，这使得其
            滤阻力为 195.2 Pa。BUIVYDIENE 等        [53] 以 PA-66 为   对大多数抗菌剂的渗透性比革兰氏阳性菌更低，因
            原材料，通过熔体静电纺丝以不同工艺参数制备了                             此，许多掺入纳米银粒子的滤膜对革兰氏阳性菌金
            纳米纤维膜，其对细小颗粒物的过滤效率都较低，                             黄色葡萄球菌的抑制作用比革兰氏阴性菌大肠杆菌
            然后提出一种通过共同使用熔体和溶液静电纺丝使                             更强  [58-59] 。
            微纤维和纳米纤维结合，制得的滤膜的过滤效率比                                 除纳米银外，氧化锌（ZnO）、氧化铜（CuO）、
            纯熔体电纺滤膜提高了 2~3 倍，从而解决了过滤器                          二氧化钛（TiO 2 ）等也是常用的抗菌剂。表 2 列举
            效率与压降之间的平衡问题。                                      了近年来关于抗菌滤膜的相关研究。近年来，随着
                 熔体静电纺丝技术逐渐受到学术界和产业界的                          人们环境保护意识的提高，天然抗菌材料得到研究
            关注，近些年有了跨越式的发展。然而熔体静电纺                             者的青睐，其主要来源于天然植物的提取，具有较
            丝的发展也面临着一些挑战，如设备要求高、熔体                             低的人体毒性和环境友好性，如壳聚糖（CTS）、甲
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