Page 71 - 《精细化工》2022年第9期
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第 9 期 吴 婷，等: PET/CA 根须状蓬松纳米纤维复合膜的制备及其烹饪油烟过滤性能 ·1789·
中国煎、炒、烹、炸的饮食习惯易产生大量的 1 实验部分
油烟，其成分主要是固、液态颗粒物及挥发性有机
[1]
物 。这些有毒有害物质易引起人体呼吸系统不适、 1.1 材料
PET 非织造材料〔直径（21.00± 3.31） μm，克
免疫功能下降，甚至会诱发癌变；其排放造成严重的 2
空气污染，已经成为强霾污染的第三大“元凶” [2-3] 。 重 33.9 g/m ，市售〕；PET 切片〔白色颗粒物，相
对分子质量（简称分子量，M w ）31500〕，癸二酸二
烹饪油烟的排放威胁着人体健康和大气环境，其治
正辛酯（DEHS，质量分数 95.0%），上海阿拉丁生
理刻不容缓。
化科技股份有限公司；醋酸纤维素（CA，乙酰基质
烹饪油烟颗粒物尺寸小（粒径 0.01~0.30 μm），
量分数 39.8%，羧基质量分数 3.5%，M w =35000）、
[4]
且具有强黏性 。针对其特性，科研人员研发了多
三氟乙酸（TFA，质量分数 99.0%），上海麦克林生
种净化技术。目前，已见报道的油烟去除方法有机
化科技有限公司。
械式、静电式、吸附式、过滤式和生物降解式、催
1.2 样品制备
[5]
化燃烧式等 。前 3 种方法对细小颗粒物过滤精度
1.2.1 纺丝液制备
差、效率低、衰减快；生物降解式、催化燃烧式等
将一定质量的 PET 与 CA 加入三氟乙酸中室温
新型过滤技术过滤性能好但设备成本高，且受温度
搅拌 12 h 至完全溶解，配成质量分数为 6%~12%的
[6]
影响大 。与以上方法相比，过滤法设备简单、能 纺丝液；保持 PET 与 CA 质量分数不变，调整 PET
[7]
耗低，应用最为广泛。SHENG 等 证明新型三维编
与 CA 共混质量比〔即 m(PET)∶m(CA)，简称共混
织纤维过滤器对较大的油烟颗粒（2.5 μm）具有良
比〕分别为 1∶0（纯 PET）、9∶1、8∶2、7∶3、6∶
好的过滤性能，过滤效率达 80%，且滤阻较小 4、0∶1（纯 CA），得到不同的纺丝液。
（84 Pa）；但由于普通纤维直径大，对粒径较小的 1.2.2 纳米纤维复合膜的制备
颗粒物过滤效果不理想，限制了其在油烟过滤中的 用注射器吸取 5 mL 所配制的纺丝液，在温度
[8]
应用。王迪 探究了不同种类和细度纤维纸的油烟 (24±2) ℃、相对湿度 35%±2%的条件下，用 HD-2335
过滤性能，发现相同条件下微纳米纤维的过滤效率 静电纺丝机（北京永康乐业发展有限公司，毛细管
（75%）远高于普通微米级纤维（50%），但其滤阻 直径 0.7 mm）进行静电纺丝实验。将纳米纤维纺于
均超过 2000 Pa。由此可知，减小纤维直径，有利于 PET 非织造材料（过滤效率 0.1%，过滤阻力 0 Pa，
提升滤材对油烟的捕获能力，但同时会导致过滤阻 可忽略不计）基底上 30 min，电压、接收距离和纺
力倍增。与传统纤维相比，静电纺纳米纤维直径小、 丝速度分别为 26 kV、16 cm 和 0.08 mL/min，所制
过滤效率更高 [9-10] 。ZHOU 等 [11] 采用静电纺丝技术 备的纳米纤维复合膜命名为 xPET/CA，x 为 PET 与
制备两栖超亲水超亲油纳米纤维膜（直径 70 nm）， CA 共混质量比，取值为 9∶1、8∶2、7∶3、6∶4。
其分离油性气溶胶（粒径 330 nm）效率高达 95%， 1.3 结构表征与性能测试
但初始滤阻高（126 Pa）；WANG 等 [12] 制备了一种氟 将喷金处理后纳米纤维复合膜置于电子显微镜
化聚氨酯改性纳米纤维膜，通过调控膜材料表面润 （Phenom Pure 型，荷兰电子公司）下进行形貌和结
湿性、多孔结构实现对油性气溶胶较高的过滤效率 构观察（加速电压 5 kV）及截面厚度测试。随机抽
（90%），滤阻降至 106.9 Pa；LIU 等 [13] 通过湿度诱 取 100 根纤维，用粒径分析软件测量纤维直径分布，
导静电纺制备蓬松纳米纤维网，形成可调控的孔径 并依据文献[14]方法计算纤维膜的比表面积、孔隙
和堆积密度，过滤阻力 101.33 Pa。上述文献表明， 率以及堆积密度。
蓬松结构及特殊的表面润湿性有助于过滤性能提升 用光学接触角测度仪（OCA20 型，德国 Data-
（高效低阻）。 physics 公司）测试所制备纳米纤维复合膜的表面润
聚酯（PET）无毒无害、具有良好的耐高温、 湿性，液滴体积 2 μL，每个样品测 5 次取平均值。
疏水性；醋酸纤维素（CA）易纺丝成型，在过滤和 采用热重分析仪（Discovery SDT 650 型，美国
分离领域广泛应用。本文拟采用共溶剂静电纺丝技 TA 公司）在氮气氛围下对纳米纤维复合膜进行热学
术制备具有蓬松结构和特殊表面润湿性的 PET/CA 性能测试。测试条件：样品 5 mg，温度 50~800 ℃，
纳米纤维复合膜，研究 PET/CA 纺丝液浓度和共混 升温速率 10 ℃/min。
比对复合纳米纤维膜形貌结构及润湿性的影响，构 1.4 烹饪油烟过滤性能测试
建复合膜结构和润湿性调控机制，并探讨其作为烹 DEHS 与烹饪油烟物理性质接近，被广泛用于
饪油烟过滤材料的可行性。 模拟烹饪油烟过滤测试实验 [15] 。通过自动滤料测试
