【摘 要】
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近年来人们对空气中微细颗粒物（PM）的有害影响越来越关注,因其可以被人体吸收并最终沉积在人体内。例如,PM2.5可以通过人体组织引起肺部疾病;PM0.3由于小体积容易通过呼吸道进入肺部并且PM0.3可以携带大量有毒物质进入支气管沉积在肺泡内严重威胁着人体健康。而空气中可吸入颗粒污染物主要来源于燃烧过程,所以从高温污染气体中滤除PM是一种提高空气质量维护人体健康的有效方式。具有三维立体网状结构的静电
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近年来人们对空气中微细颗粒物（PM）的有害影响越来越关注,因其可以被人体吸收并最终沉积在人体内。例如,PM2.5可以通过人体组织引起肺部疾病;PM0.3由于小体积容易通过呼吸道进入肺部并且PM0.3可以携带大量有毒物质进入支气管沉积在肺泡内严重威胁着人体健康。而空气中可吸入颗粒污染物主要来源于燃烧过程,所以从高温污染气体中滤除PM是一种提高空气质量维护人体健康的有效方式。具有三维立体网状结构的静电纺丝纳米纤维膜内部存在大量互通的孔隙使其可以有效滤除PM颗粒污染物且其高孔隙率可以保证较低的空气阻力。聚酰亚胺（PI）是一种高温空气过滤的理想材料,然而传统PI滤料对于极微小的颗粒物PM2.5的去除效果并不理想难以达到高效低阻的要求。本文采用静电纺丝技术选取综合性能优异的耐高温PI为对象,制备高效低阻电纺PI基纳米纤维空气滤膜,研究其在空气过滤领域中的应用。本文主要研究内容分为以下三部分:（1）采用静电纺丝技术两步法制备了直径约为300 nm的具有自支撑特性的PI纳米纤维滤膜和高透PI纳米纤维膜。通过调控电纺参数、探究热亚胺化条件来获得具有优异过滤性能的PI滤膜。首先,具有自支撑特性的PI纳米纤维滤膜具有良好的热稳定性（350℃）和较高的PM去除效率,基重为14.7 g/m~2的PI纳米纤维膜在4 L/min气流速度下过滤效率对PM0.5可达到99.9821%,对PM1.0更是可以高达100%;其次,高透PI纳米纤维膜具有高光学透明性、较高的过滤效率和较低的压降。其在气流速度为16 L/min时、透光率为73.8%时,高透PI纳米纤维膜对PM1.0的过滤效率可达93.241%,压降低于50 Pa,质量因子是0.1632。最后,对PI纳米纤维膜的过滤机理进行了分析。（2）为了进一步提高PI纳米纤维膜的过滤效率并降低其空气阻力,本论文选用沸石咪唑骨架-8（ZIF-8）纳米颗粒对PI纳米纤维进行修饰,制备了具有超高过滤效率且耐高温的PI/ZIF-8纳米纤维滤膜。将光滑的PI纤维表面转变为粗糙的表面结构来提高滤膜的孔隙率和比表面积从而改善滤膜综合过滤性能。本文在聚酰亚胺酸（PAA）前驱体溶液中引入ZIF-8,利用掺杂共纺法制备PAA/ZIF-8纳米纤维膜并通过热亚胺化得到PI/ZIF-8纳米纤维膜。ZIF-8/PI多功能纳米纤维膜对超细颗粒(PM0.3)可以达到100%的过滤效率,压降仅为63 Pa,质量因子为0.2888,拉伸强度为3.34 MPa,且在350℃下稳定使用,实现了在提高PI综合过滤性能的同时,保持其优异的耐高温性能及力学性能,可应用于超高效高温空气过滤领域。（3）为了进一步拓展PI基纳米纤维滤料的应用场景,本文制备高透PI/壳聚糖（CTS）多层复合纳米纤维抗菌窗纱空气过滤材料。采用静电纺丝法在金属窗纱上制备PAA纳米纤维膜,通过热亚胺化手段将PAA纳米纤维膜亚胺化成PI纳米纤维膜,再次将亚胺化后的PI膜安装在静电纺丝机接收器上,在PI纳米纤维膜上二次电纺CTS纳米纤维膜,最终制得PI/CTS抗菌窗纱空气过滤材料。当气流速度为14 L/min时,对PM1.0的过滤效率为95.6%,压降为28.8 Pa;对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为98.36%和96.12%。实验表明PI/CTS复合纳米纤维滤膜不仅具有较高的空气过滤效率且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌性能,在高效过滤抗菌窗纱领域中有较大的应用潜力。
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