400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 行业资讯 > 分层TPU/PS/PA-6复合膜的制备及其过滤空气颗粒物的

分层TPU/PS/PA-6复合膜的制备及其过滤空气颗粒物的

行业资讯    2021-09-22 15:58

中国科学院城市环境研究所郑煜铭J. Membr. Sci.:分层TPU/PS/PA-6复合膜的制备及其过滤空气颗粒物的性能评估和机理分析

 

DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119392

 

颗粒物污染对人体健康构成了严重的威胁。由随机取向纤维膜组成的空气过滤器可以捕获气溶胶颗粒,并保护公众免受空气污染的危害。然而,常规的纤维膜仍然面临着诸如过滤效率下降、纤维损坏和压降较高等挑战。在这项研究中,通过静电纺丝技术设计并制备了多层结构的热塑性聚氨酯/聚苯乙烯/聚酰胺-6(TPU/PS/PA-6)复合膜。该分层膜由TPU亚微米(纤维尺寸约为900nm)纤维层、PS串珠纳米纤维(纤维尺寸约为500nm)层和PA-6超细(纤维尺寸约为60nm)纳米纤维层组成,既产生了物理筛分方式又存在静电效应,在长期运行中可实现较高的过滤性能。得益于过滤机制的组合,该复合膜具有高达99.99%的过滤效率,54Pa的低空气阻力,0.17/Pa的高品质因数以及6.72MPa的高机械强度。另外,该膜在颗粒负载过程中无明显的性能退化,并且颗粒物排出后其过滤效率仍保持为70%。该复合膜在个人防护和空气净化去除气溶胶方面具有相当大的潜力。

image.png

图1.(a)示意图表明在非织造基材上制备多层结构TPU/PS/PA-6电纺纤维膜的过程。(b)无纺布,(c)TPU亚微米纤维层,(d)PS串珠纳米纤维层和(e)PA-6超细纳米纤维层的SEM图像。

image(1).png

图2.不同浓度下电纺PA-6纤维层的FE-SEM图像:(a)10%,(b)15%,(c)20%和(d)25%;(e)不同溶液浓度下PA-6层的平均纤维直径。

image(2).png

图3.不同浓度下电纺PS纤维层的FE-SEM图像:(a)5%,(b)10%,(c)15%,(d)20%,(e)25%,(f)30%,(g)35%;(h)不同溶液浓度下PS纤维层的平均纤维直径。

image(3).png

图4.不同浓度下电纺TPU纤维层的FE-SEM图像:(a)5%,(b)10%,(c)15%,(d)20%;(e)不同溶液浓度下TPU纤维层的平均纤维直径。

image(4).png

图5.消除驻极体之前和之后,PS、PA-6和TPU层的过滤效率(FE)和表面电压(SV)(所有纤维层均静电纺丝30分钟,用300nm多分散NaCl颗粒进行测试,罩口风速为5.3cm/s)。

image(5).png

图6.复合膜的孔径分布(a)和力学性能(b)。

image(6).png

图7.在300nm(NMD=75nm,σg=1.86)多分散NaCl颗粒负载过程中,比较复合膜和商用驻极体膜的过滤效率变化,质量浓度为300mg/m3,罩口风速为5.3cm/s。

image(7).png

图8.消除驻极体前后,四层复合膜和商用驻极体膜之间的过滤效率比较。用300nm的NaCl颗粒和5.3cm/s的罩口风速测试其过滤性能。

image(8).png

图9.初纺(a)PA-6、PS、TPU纤维层和(b)复合膜在颗粒尺寸为20-600nm、罩口风速为5.3cm/s条件下的驻极体直径-过滤效率关系图。(c)TPU/PS/PA-6复合膜的3D结构模型示意图,以及单根纤维对不同直径颗粒物的过滤机理。

image(9).png

图10.压降增加率与复合膜在不同放置条件下的过滤时间的关系(在罩口风速为5.3cm/s的条件下,用300nm的NaCl颗粒进行测试)。

image(10).png

图11.在不同的静电纺丝持续时间下复合膜的过滤效率和压降曲线(红色点),以及与商用熔喷膜、PTFE膜和玻璃纤维膜的比较(蓝色点)。用300nm的NaCl颗粒和5.3cm/s的罩口风速测试其过滤性能。

image(11).png

图12.复合膜、商用玻璃纤维膜、驻极体熔喷膜和先前研究的电纺膜之间的过滤效率和压降的比较(使用5.3cm/s的罩口风速和300nm的NaCl颗粒进行试验)。

image(12).png

图13.GB/T 18801-2018引用的现场测试过程(使用真实的空气过滤器在30m3的空间中以最大流量进行试验)。(a)根据TPU/PS/PA-6复合膜和商用熔喷膜的运行时间,通过实地测试获得颗粒浓度衰减曲线;(b)所述30m3的立方体实验室;(c)现场试验中使用的空气过滤器。