在空氣污染物過濾設(shè)備中使用靜電紡絲工藝制備的納米纖維膜已是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。高比表面積的多孔纖維膜一般被認(rèn)為有比較高的過濾效率。通過對(duì)靜電紡絲得到的原生纖維進(jìn)行溶液浸泡后處理可以改變纖維的表面形貌，使原來光滑的纖維表面產(chǎn)生納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到增加其表面積的目的。

圖1 不同溶劑處理30分鐘的回收PET纖維的SEM圖像。(a)無水乙醇；(b)丙酮；(c) 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)/乙醇(1:1 wt %)；(d) NMP/乙醇(1:1 wt %)，乙醇沖洗；(e) NMP/乙醇(3:5 wt %)；和(f) NMP/乙醇(1:3 wt %)。

后處理溶劑選擇是成功制備靜電紡絲表面多孔或高粗糙度纖維的關(guān)鍵點(diǎn)之一。因此，可以誘導(dǎo)PET發(fā)生重結(jié)晶，進(jìn)而改變形貌的溶劑都被選擇用來處理PET納米纖維膜，并將處理前后的樣品實(shí)施形貌和其他表征。

圖2 空氣過濾試驗(yàn)示意圖。

病毒，包括近年引起大流行的COVID-19 冠狀病毒，本質(zhì)上是一種蛋白類大分子，其尺寸一般為亞微米級(jí)。已有廣泛的研究證實(shí)，含有SARS-COV-2病毒的人體體液是傳播COVID-19的主要途徑。考慮到操作病毒的危險(xiǎn)性，本實(shí)驗(yàn)使用生物實(shí)驗(yàn)室常用的熒光蛋白模擬病毒，對(duì)PET膜進(jìn)行含病毒水霧的過濾性能測(cè)試。可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過NMP處理后的PET纖維膜可以更高效的攔截?zé)晒獾鞍住Ｒ虼丝梢钥隙ǖ氖牵?jīng)過后處理的高粗糙度的纖維膜的過濾效果要優(yōu)于原生光滑纖維。這歸功于其粗糙的纖維表面對(duì)外來顆粒有更多的攔截和捕獲機(jī)會(huì)。本工作開發(fā)的PET可以適用于工業(yè)廢氣和病毒等多種污染物的有效過濾，尤其適合在工業(yè)和家用高空氣通量過濾設(shè)備上應(yīng)用。

圖3 熒光蛋白模擬病毒的熒光顯微鏡圖像，蛋白被捕獲在膜過濾器表面或留在接受的培養(yǎng)皿上。  

該研究成果近日以“Hierarchical Porous Recycled PET Nanofibers for High-Efficiency Aerosols and Virus Capturing”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces (2021, DOI: 10.1021/acsami.1c17157)。論文的第一作者為曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院博士生宋鋆，通訊作者為李加深博士。該研究工作得到了英國工程與自然科學(xué)研究理事會(huì)(EPSRC)的支持。

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https://doi.org/10.1021/acsami.1c17157