Sep. Purif. Technol.：多功能PAN/PVDF/GM/Ag纳米纤维复合膜的制备及其对含有结核病和病毒的细颗粒和生物气溶胶的过滤性能

DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119171

在本文中，研究者成功设计并制备了多功能、机械坚固且高度可伸缩的电纺丝纳米纤维复合过滤器，以实现前所未有的强效抗菌和优异的过滤性能。通过实验制备了纳米纤维聚丙烯腈（PAN）与聚偏氟乙烯（PVDF）的共混物，其具有PAN过滤性能和PVDF疏水性的双重特性。无需有毒聚合物交联剂或高温后处理固化/退火，该纳米膜显示出高防水性、高力学/热稳定性和良好的可纺性。首先，通过针式静电纺丝技术和可扩展的吹塑静电纺丝系统开发了负载天然提取物山竹（GM）和最低量原位合成银纳米颗粒的PAN/PVDF膜，其中采用空气辅助技术以提高生产率。本研究所制备的口罩不仅对细颗粒物（PMs）（0.5µm为93.91％）和生物气溶胶具有较高的过滤效率（细菌过滤效率（BFE）为99.2％，病毒过滤效率（VFE）为98.3％），而且对革兰氏阳性金黄 {MOD}葡萄球菌、革兰氏阴性肺炎克雷伯氏菌、耻垢分枝杆菌和结核分枝杆菌H37Ra细菌具有抗菌作用。此外，病毒抑制试验和rRT-PCR表明纳米膜对H1N1流感病毒的抑制率为99.94％。尽管该面罩具有前所未有的新颖多功能性，但它比具有类似颗粒过滤性能的商用口罩更易于呼吸。该膜对模拟严重风化的稳定性（ASTM G154:2006）证实了其作为空调或外部空间过滤器的巨大潜力。

图1.非织造基材上的PAN/PVDF/GM/Ag纳米纤维的SEM图像。通过单针静电纺丝（a）在PETSB上制备2:1的PAN:PVDF，（b）在PETSB上制备1:1的PAN:PVDF，（c）在PPSB上制备1:1的PAN:PVDF。通过多针静电纺丝（d）在PETSB上制备1:1的PAN:PVDF。

图2.吹塑静电纺丝以及双壁喷嘴的示意图。

图3.PPSB非织造基材（a）、PAN（b）、PAN/PVDF（c）、PAN/PVDF/GM（d）、PAN/PVDF/Ag（e）和PAN/PVDF/GM/Ag（f）纳米纤维膜的SEM图以及纤维直径分布。

图4.（a）PPSB非织造基材、（b）PAN、（c）PAN/PVDF、（d）PAN/PVDF/GM、（e）PAN/PVDF/Ag和（f）PAN/PVDF/GM/Ag纳米纤维膜的接触角。

图5.PAN（a）、PAN/PVDF（b）、PAN/PVDF/GM（c）、PAN/PVDF/Ag（d）和PAN/PVDF/GM/Ag（e）纳米纤维膜的ATR-FTIR光谱（A）和XRD-WAXS图（B）。

图6.PAN/PVDF/Ag（a）和PAN/PVDF/GM/Ag（b）的TEM-EDS映射和Ag组分以及Ag粒子尺寸分布，（c）PAN/PVDF/GM/Ag的SEM-EDS分析。

图7.PAN（a）、PAN/PVDF（b）、PAN/PVDF/GM（c）、PAN/PVDF/Ag（d）和PAN/PVDF/GM/Ag（e）纳米纤维复合膜的TGA热图、初始（To）和第一次分解（Td）温度。

图9.基重为（a）2.71、（b）3.10、（c）6.10和（d）7.04gsm的PAN/PVDF/GM/Ag膜的SEM图像和孔径分布。

图10.（a）在（b）实际和（c）极端条件下暴露于模拟风化之前和之后，PAN/PVDF/GM/Ag纳米纤维复合膜SE和BSE模式的SEM图像以及EDS映射和Ag组分。

图11.A（a）在（b）实际和（c）极端条件下暴露于模拟风化之前和之后，PAN/PVDF/GM/Ag纳米纤维复合膜的应力-应变曲线。B膜的杨氏模量和最大拉伸强度以及断裂伸长率与纳米纤维中银含量的函数关系。

图12.由多用途纳米纤维复合膜制备口罩的多层设计方案；（a）外层疏水性超细纤维非织造布，（b）非织造布基材上的中间层纳米纤维复合膜以及（c）内层亲水性超细纤维非织造布。

来源：北京永康乐业公司