納米纖維在空氣過濾中的運用

吳茜昀

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

1 納米纖維綜述

納米纖維是一種直徑小于1000 納米的新興納米材料，其表面積大于普通纖維，有著孔徑小、孔隙率高等特性帶來的更好的吸附性能及過濾性能，針對粒徑在10μm 以下的顆粒物過濾效果更為顯著[1-2]，可以高效清除空氣中的微粒和有害氣體。與此同時，納米纖維抗腐蝕性能更強，相較普通纖維有更強的泛用性與持久性。

納米纖維在各個領域都有廣泛的運用，包括空氣凈化、濾水、水處理、有毒氣體檢測等。納米纖維在空氣凈化方面的應用更是因為它能有效清除有害物質，可以有效改善室內空氣質量從而受到了廣泛關注，前景廣闊。

近年來，研究人員也在不斷針對納米纖維的性能展開研究，通過對其形貌、成分、添加吸附劑等的改動以有助于納米纖維在空氣過濾中的應用。

2 納米纖維的制備原理

納米纖維的制備原理較為簡單，常用的方法有靜電紡絲、干法及濕法制備。其中最為主流的是靜電紡絲法。其制備原理主要是運用了共軛效應，即通過高壓靜電發生器接通靜電，通過電極的影響來固定噴頭噴出的納米集束，使之以泰勒錐的形態被迅速拉細[1]，在接收輥上形成無紡結構的納米纖維膜。

濕法制備是通過納米懸浮液的濾液，利用溶解源及添加劑等制備出具有納米尺寸及空心結構的纖維，可以有效過濾空氣中的污染物。干法制備是通過熔融纖維的方式，利用高溫熔融，可以制備出具有納米尺寸的纖維，具有良好的電磁隔離性能，可以有效過濾空氣中的細微顆粒和污染物。

3 納米纖維在空氣過濾中的運用

與傳統方法相比，靜電紡納米纖維可紡原料十分廣泛，同時制備較為簡單，比表面積大且表面易功能化(如表面涂覆、表面改性)。在作為過濾材料時，其孔隙率大，孔隙直徑小，較大的比表面積-體積比讓它展現出良好的過濾性能。尤其是在空氣過濾領域，納米纖維已成為重點研究的方向之一，其表面易功能化的特性和原材料的多樣性也給了它針對單個或多種污染物質進行過濾的可行性。

3.1 聚丙烯腈纖維（PAN）

PAN 纖維作為較早進入大眾視野的納米纖維，它擁有很好的化學穩定性和熱穩定性，從而可以作為很好的過濾材料投入使用。同時，其可紡性高且易于改性的特點使其不僅能單獨作為纖維基底被投入使用，也能與其他納米纖維進行混紡，或能根據所需要求進行針對性的功能性纖維的研究與制備。

王西賢等人針對PAN 這一特性制得的PAN/MgO納米纖維膜，相較PAN 纖維膜，通過引入化學物質MgO制得的復合納米纖維膜改變了PAN 本身的微觀結構，從而提升了纖維膜的透氣性及抗紫外線性能；賈琳等同樣選擇了在PAN 的基礎上添加ZnO，借其良好的光學性質來提升產物的光催化抗菌性能。

同時，PAN 也能與其他納米纖維混合制備。例如趙凱樂等已成功將聚吲哚（PIN）與PAN 納米纖維進行復合制得了有望成為固態鋁空氣電池基質的復合纖維膜。

3.2 聚偏氟乙烯纖維（PVDF）

PVDF 具有良好的疏水性、耐腐蝕性，因而很適合用于水過濾。但是在空氣過濾領域，相較其余納米纖維，PVDF 較為脆弱易于斷裂，但同時具有較強的壓電效應，因此非常適合作為混紡納米纖維的基底之一或作為單層的濾材，通過電場的復合來提升過濾性能。

翟雯等選擇PET 材料作為基底，通過靜電紡絲技術在其上構筑PVDF 作為儲電層制得了空氣濾材。這種復合材料不僅顯著提升了空氣過濾的透氣性，同時也通過靜電排斥的原理做到了很好的除塵效果，從而延長了材料的使用壽命。

3.3 聚芳砜酰胺纖維（PSA）

PSA 纖維作為我國自主研發的合成纖維，其優異的阻燃性、化學穩定性都讓它能很好地作為空氣過濾濾材而被使用。

李亞健碩士由此通過靜電紡絲法制備出的PSA/PU復合過濾膜不僅保留了PU 本身優異的空氣過濾性能，同時使復合膜具有了優秀的阻燃性、透光性和自清潔能力，為未來對PSA/PU 復合膜在空氣過濾領域及高溫應用領域的發展打下了堅實的基礎。

4 納米纖維的發展方向

納米纖維技術在空氣過濾中的應用正處于蓬勃發展階段，它可以提供有效的除塵功能，具有優良的抗霉菌能力。由于納米纖維具有較高的強度、結實度和耐腐蝕性，使其成為最理想的空氣過濾材料。其在空氣過濾領域的發展可以從兩個方面進行探討。首先，納米纖維可以利用其特殊的結構和性能，為過濾空氣中的灰塵、微粒、菌落等污染物提供有效的技術保障。其次，納米纖維的結構可以在很大程度上提高過濾的效率，從而更有效地凈化空氣。

此外，為了滿足不同的需求，納米纖維也可以根據不同的環境條件和應用場景進行基底的選擇，從而使制備的納米纖維具備定向的性能?？偠灾?，納米纖維在空氣過濾領域具有著巨大的發展潛力。