AFM：超薄PVDF-TrFE空氣過(guò)濾器用于高效過(guò)濾PM1.0

空氣中的高濃度顆粒物(PM)嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，對(duì)公眾健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。PM2.5和PM1.0尤其有害，因?yàn)樗鼈兊念w粒很小，很容易進(jìn)入人體支氣管和皮膚。因此，對(duì)能夠過(guò)濾超細(xì)顆粒的高性能過(guò)濾器的需求越來(lái)越大。采用高效微?？諝膺^(guò)濾器和超低微?？諝膺^(guò)濾器，過(guò)濾效率高到0.1μm很容易實(shí)現(xiàn)。然而，由于這些過(guò)濾器的透氣性較低，它們需要一個(gè)強(qiáng)制空氣循環(huán)系統(tǒng)。因此，對(duì)于沒(méi)有單獨(dú)的空氣循環(huán)單元的空氣過(guò)濾系統(tǒng)或需要高透光率通過(guò)過(guò)濾器的應(yīng)用程序，這些過(guò)濾器不容易使用。對(duì)于PM1.0，過(guò)濾器的過(guò)濾效率明顯降低，或者需要一個(gè)相對(duì)較厚的有源過(guò)濾器層，這會(huì)增加整個(gè)過(guò)濾器的空氣壓降。因此，為了同時(shí)達(dá)到高透氣性和光透過(guò)率，濾膜必須具有高性能，才能在不犧牲光透過(guò)率和壓降的前提下達(dá)到高過(guò)濾效率。

　　近日，有國(guó)外研究者報(bào)道了超薄聚[(偏氯乙烯-三氟乙烯)(PVDF-TrFE)納米纖維空氣過(guò)濾器過(guò)濾PM1.0的性能，并通過(guò)鐵電耦合和摩擦電耦合效應(yīng)對(duì)其進(jìn)行了增強(qiáng)。利用PVDF-TrFE的鐵電性質(zhì)，可以在高電場(chǎng)下對(duì)納米纖維濾層的極化域進(jìn)行準(zhǔn)直，使其偶極矩凈變化最大。摩擦電負(fù)性的PVDF-TrFE濾層也可通過(guò)摩擦帶電進(jìn)一步增加其靜電表面電位。由于偶極極化和摩擦起電后靜電耦合效應(yīng)增強(qiáng)，采用65%透光率的超薄透氣性PVDF-TrFE濾光片，極化后PM1.0過(guò)濾效率達(dá)≈88%以上，經(jīng)過(guò)摩擦生電后，過(guò)濾效率進(jìn)一步提高到≈94%，此外，由于低壓降(63 Pa)，該過(guò)濾器甚至可以在沒(méi)有單獨(dú)強(qiáng)制空氣循環(huán)系統(tǒng)的自然通風(fēng)條件下使用。該過(guò)濾器的高透光率(≈65%)也可用于需要高可視性的應(yīng)用場(chǎng)合。因此，該方法可用于開(kāi)發(fā)高性能、高可視性和透氣性的過(guò)濾介質(zhì)。相關(guān)研究成果以“Electrically Activated Ultrathin PVDF-TrFE Air Filter for High-Efficiency PM1.0 Filtration”為題目發(fā)表于期刊《Adv. Funct. Mater.》上。

圖1a)顯示了在聚酯(PE)網(wǎng)格上形成PVDF-TrFE納米纖維膜的靜電紡絲過(guò)程的示意圖。b)不同透過(guò)率之PVDF-TrFE奈米纖維濾光片之照片。c)極化過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。d)用于增強(qiáng)捕獲PM1.0的摩擦帶電PVDF-TrFE過(guò)濾器。

圖2 a) 顯示了一個(gè)定制的PM過(guò)濾裝置的照片，用于評(píng)估PVDF-TrFE空氣過(guò)濾膜的性能。b)采用i) 9 wt%、ii) 12 wt%、iii) 15 wt% PVDF-TrFE溶液電紡PVDF-TrFE納米纖維的直徑分布。c) 12% wt% PVDF-TrFE溶液對(duì)PM1.0過(guò)濾效率和QF有顯著影響。d)用12 wt%濃度的PVDF-TrFE溶液電紡過(guò)濾器過(guò)濾前和過(guò)濾后的SEMs。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903633