Page 43 - 《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 ·1537·
寿命下降。因此，研发具有高效低阻且能够在高湿 膜展现出超疏水性（154°）和超疏油性（151°）。制
环境下高效过滤的空气过滤装置成为该领域的重要 备的膜可以捕集 NaCl 气溶胶颗粒和 300~500 nm 范
研究方向。水接触角（WCA）接近或大于 150°且液 围内的油性气溶胶颗粒，过滤效率达到 99.9%。李
滴易于滑动的不可润湿表面称为超疏水表面 [80] ，液 小崎 [85] 在聚醚酰亚胺（PEI）溶液中分别加入占 PEI
滴只需要一定的倾斜角就会沿着表面滚落下去，滚 质量 6%的勃姆石（Boehmite）、SiO 2 、Si 3 N 4 、BaTiO 3
动的水珠会把灰尘颗粒一起带走，达到自清洁的效 4 种驻极体，得到最终溶液的固含量为 20%。确定
果 [81] 。将超疏水技术应用于空气过滤装置的织物表 了最佳的驻极体材料为 SiO 2 ，以其制备的复合纳米
面可显著提高滤膜的防潮、防尘性及在高湿环境下 纤维膜过滤效率最大为 95.20%，过滤阻力为 11.7 Pa
的过滤效果 [82] ，从而有效提高装置使用寿命。 （空气流量为 32 L/min），并且该复合纳米纤维膜与
笔者 [83] 利用静电纺丝法制备了 PAN 纳米纤维 水的接触角达到 152°，具有更好的自清洁性。
膜、将接触角为 23.6°的具有亲水功能的 PAN/聚乙
烯吡咯烷酮（PVP）复合纳米纤维膜与接触角为
131.9°的具有疏水功能的 PAN/PVDF 复合纳米纤维
膜进行对比。结果证明，疏水膜在高湿环境下的空
气过滤性能明显优于亲水膜和常规滤膜。如图 7 所
示，PAN/PVDF 膜的质量因子（QF）随着湿度的增
大而增大，说明该膜在高湿环境下仍然能维持较好
的过滤性能。由图 8 可知，经过 3 次水 洗的
PAN/PVDF 膜在不同相对湿度下的过滤效率仍具有
与水洗前相同的过滤效率，说明该疏水膜具有较好
的防潮性，可以应用于高湿环境下的空气过滤。 图 8 经 3 次水洗 PAN/PVDF 膜过滤效率随湿度的变化 [83]
Fig. 8 Change of filtration efficiency of PAN/PVDF membrane
[83]
with humidity after washing 3 times
2.4 耐高温滤膜
耐高温材料指的是在较长时间内经受高温（如
200 ℃以上）仍能基本保持原有性能的特种材料。
钢铁工业、电力工业、汽车行业等是造成空气污染
的主要原因之一 [86] ，然而废气排放的温度普遍过高：
汽车尾气的温度为 30~80 ℃，煤炉尾气为 80~
180 ℃，冶金和水泥厂的温度为 160~320 ℃，焚化
炉中烟气的温度为 200~500 ℃ [87-88] 。从源头上控制
颗粒物排放是解决空气污染最有效的方式之一，但
图 7 疏水膜在不同湿度下的 QF [83]
Fig. 7 QF of hydrophobic films at different humidity [83] 这面临非常大的挑战，普通滤材难以在高温环境下
维持其原有性能，不能有效去除颗粒物。因此，需
WANG 等 [84] 通过静电纺丝法制得了一种氟化 要开发出具有出色的耐热性和高热稳定性的高效空
聚氨酯（FPU）改性的 PAN/聚氨酯（PU）复合膜。 气过滤材料。目前，已经研发出多种材料并将其用
通过调节 FPU 含量，低表面能 FPU 的引入使得复合 于高温气体过滤领域，如表 3 所示。
表 3 耐高温材料总结
Table 3 Summary of high temperature resistant materials
耐高温材料 化学结构式 特性描述 参考文献
聚酰亚胺（PI） 存在稳定的苯环和酰胺环，具有十分优异的热力学性能，其耐 [87]
高温达 400 ℃以上，长期使用温度范围为–200~300 ℃，部分无
明显熔点，高绝缘性能。
聚砜酰胺（PSA） 分子结构具有高度的规整性和紧密性，在 270 ℃的极端高温条 [89]
件下，仍具有良好的尺寸稳定性、耐热、耐酸、抗热氧化和化
学稳定性。
聚四氟乙烯（PTFE） 白色蜡状、半透明、耐高温、耐寒，可在–180~260 ℃长期使用， [90]
具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于常见的溶剂。
