【摘 要】
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由颗粒物造成的烟雾污染已经引起了严重的环境和健康问题。由于颗粒物结构复杂、来源多样、演化机制复杂,控制颗粒物污染仍然是一个巨大的挑战,空气过滤材料逐渐成为研究热点。尤其是2019年新型冠状病毒肺炎的爆发与流行,使得研究具有抗菌功能和良好过滤性能的空气过滤技术迫在眉睫。然而,大多数空气过滤器无法平衡高过滤效率和低压降之间的矛盾。静电纺丝纳米纤维具有大比表面积、可调节的多孔结构和简单的制备工艺,是一种
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由颗粒物造成的烟雾污染已经引起了严重的环境和健康问题。由于颗粒物结构复杂、来源多样、演化机制复杂,控制颗粒物污染仍然是一个巨大的挑战,空气过滤材料逐渐成为研究热点。尤其是2019年新型冠状病毒肺炎的爆发与流行,使得研究具有抗菌功能和良好过滤性能的空气过滤技术迫在眉睫。然而,大多数空气过滤器无法平衡高过滤效率和低压降之间的矛盾。静电纺丝纳米纤维具有大比表面积、可调节的多孔结构和简单的制备工艺,是一种优异的过滤材料候选材料。因此,电纺纳米纤维在空气过滤中的应用越来越受到重视。本文以静电纺丝尼龙6（PA6）添加有机支化盐四丁基六氟磷酸铵（TBAHP）为主体,通过调控纺丝工艺制备出PA6具有分支纤维的多级结构纳米纤维膜（PA6 Multistage Structure Nanofiber Files,PA6 MSNFs）,从孔径分布与堆积密度等研究分支纤维的形成及其对过滤性能的影响;并进一步添加硝酸银（Ag NO3）对其进行改性,制备出具有抗菌性能的PA6＆Ag多级结构纳米纤维膜（PA6＆Ag MSNFs）,研究了Ag NO3浓度和无纺布克重对过滤性能的影响;并结合聚苯乙烯（PS）纤维、聚偏氟乙烯（PVDF）纤维的静电吸附作用及蓬松体结构,构筑了一种具有梯度孔结构的高效低阻兼具抗菌性能的复合空气过滤材料。（1）制备了力学性能好、孔径小、过滤效率优异的PA6 MSNFs。通过研究溶液浓度、TBAHP添加量、施加电压等对纤维形貌结构的影响,确定最佳工艺参数为20%的PA6浓度,0.04mol/L的TBAHP,30 k V的外加电压时,获得的纳米纤维膜中分支纤维最多,力学强力最高、平均孔径和堆积密度最小（分别为0.5026μm和0.32 g/m~3）。综合过滤性能分析,当克重为1 g/m~2时,PA6 MSNFs的平均过滤99.80%,过滤阻力为251 Pa,品质因子为0.0248Pa-1,对粒径0.25μm、0.3μm的过滤分别高达99.99%和100.00%。（2）制备了抗菌性能优异PA6＆Ag MSNFs,过滤效率进一步提高。选用Ag NO3作为抗菌剂加入前述纺丝液中,研究对电导率、孔径分布、堆积结构、抗菌和过滤性能的影响,并通过红外以及XPS探讨纤维膜的结构特征,结果表明:加入Ag NO3,电导率增大,当Ag NO3的浓度为0.05 mol/L时,分支纤维覆盖面积最大,有利于Ag粒子均匀的负载在纤维表面。当Ag NO3的浓度为0.1 mol/L时,平均孔径最小为0.2667μm,堆积密度增大到0.54 g/cm~3,抗菌效果显著,抑菌圈半径分别为3.12 mm（金黄色葡萄球菌）和3.40 mm（大肠杆菌）。过滤结果表明:PA6＆Ag MSNFs的平均过滤效率高于PA6 MSNFs,随着Ag NO3浓度的增大,显著提高了对0.2μm粒子粒径的过滤效率。综合品质因子来看,当浓度为0.1 mol/L时,过滤性能最好（过滤效率99.92%,滤阻386 Pa）。（3）为降低过滤阻力,制备了具有梯度孔结构的PS/PVDF/PA6＆Ag多尺度纳米纤维复合膜。通过静电纺依次将PA6＆Ag MSNFs、PVDF NPs和PS MPs复合在PP非织造布,得到PS/PVDF/PA6＆Ag多尺度复合膜过滤材料。重点分析了复合膜的各层纺丝时间的过滤性能以及整体重复使用性和抗菌性能。纺丝时间为（20+50+40）min时,PS/PVDF/PA6＆Ag多尺度纤维复合过滤材料的平均过滤效率达到99.88%,过滤阻力159 Pa,品质因子为0.0425 Pa-1,0.2μm的粒径的过滤效率达到了80.00%,经过25组重复过滤测试后,过滤性能稳定。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌圈半径分别为0.33 mm和0.72 mm,仍具有一定的抗菌性能。
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