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[原创]有效改善室内空气质量的金属有机骨架纳米纤维过滤器（2018-07-25 16:06:44）

标签：静电纺丝 过滤吸附  

直径小于2.5微米颗粒物（PM2.5）不利于人体健康，造成如肺癌，心衰，哮喘等疾病，从而增加死亡率。据全球疾病研究报告，大约有320万人过早死亡归因于暴露于室外PM2.5环境中。这些户外的PM2.5通过通风和渗透很容易进入室内环境。由于人们大部分时间都在室内度过，因此，减轻室外PM2.5来源对于改善室内空气质量，减少相关的健康风险至关重要。除了室外PM2.5污染物，还有大量空气污染物由室内排放，影响室内空气质量。甲醛（HCHO）是最常见的室内空气污染物，主要由家具，纺织品和地毯，它被归类为人类致癌物可能引起鼻咽癌和白血病。因此，降低室内甲醛含量，改善室内空气质量并保护住户的健康也很重要。因此，有效的室内空气过滤需求很大，以应对这一挑战。

金属有机骨架（MOFs）由金属离子/簇和有机配体合成，具有较大的表面积和可调的孔径，有利于捕获气态空气甲醛等污染物，是控制空气污染的合适候选者。将MOF与有机聚合物基质结合是控制空气污染有效方法；但是，已报道的设置的有几个缺点。首先，使用HEPA过滤器通常会导致较大的压降，因此，清洁空气输送率（CADR）是有限的。第二，aHEPA过滤器加上活性炭层将进行过滤单位体积非常大。第三，使用两个单独的系统导致材料的成本增加。因此，开发一种减轻室内PM2.5和甲醛的新方法十分必要。

近日，香港中文大学陈春老师课题组通过静电纺丝技术构建了ZIF-67@PAN纳米纤维过滤器。在电纺Co(AC)2/PAN纳米纤维过滤器上生成MOF，将Co(AC)2/PAN纳米纤维过滤器浸入2-甲基咪唑-乙醇溶液。电纺过程中，Co(AC)2纤维与周围的2-甲基咪唑反应；合成了ZIF-67纳米晶体并成功生成电纺纳米纤维。这种稳定的结构使过滤器具有较高的机械强度，能够承受强风高速10米/秒，没有任何结构损坏，表现出优越的气候适应性。而且，制造的ZIF-67@PAN过滤器具有灵活性，可承受180°弯曲10次。此外，大尺寸的ZIF-67@PAN过滤器（长度：36厘米）的制备表面该方法的可扩展性，可以克服有限的MOF滤波器的缺点，这种方法可以应用于大规模生产基于MOF的纳米纤维过滤器，用于高效去除空气污染物，表现出有效的PM2.5和甲醛去除。如：PM2.5将ZIF-67纳米晶体整合到电纺PAN中后，过滤效率从74.5％增加到87.2％纳米纤维。此外，在30天的长期测试中，PM2.5过滤效率保持在99％以上。ZIF-67@PAN过滤器也实现了84％的甲醛去除效率。这项工作不仅提出了采用低成本制造柔性MOF-纳米纤维过滤器的方法，此外，也有望改善室内空气质量减少相关的健康风险。

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图1（a）ZIF-67@PAN过滤器制造过程示意图，（b）弯曲ZIF-67@PAN过滤器的照片，（c）大尺寸ZIF-67@PAN过滤器（长度：36厘米）的照片。

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图2（a）纯PAN、ZIF-67、ZIF-67@PAN纳米纤维XRD谱图，（b）纯PAN和ZIF-67@PAN的XPS谱图，（c）Co 2p的XPS谱图，（d）纯PAN和ZIF-67PAN的N2吸附-解吸等温线。

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图3（a-b）纯PAN，（c-d）Co(AC)2/PAN和（e-f）ZIF-67@PAN的SEM图像; （g）ZIF-67@PAN的EDS元素分布图; （H）ZIF-67@PAN的明场和暗场TEM图像; （i-j）ZIF-67@PAN的高分辨图像。

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图4（a）用于测量PM2.5的过滤效率和压降测试台示意图，（b）测量PM2.5过滤效率和压降试验台的照片，（c）纯PAN、Co(AC)2/PAN和ZIF-67@PAN过滤器的PM2.5过滤效率和压降，（d）过滤测试前，ZIF-67@PAN过滤器的照片和SEM图像，（e）过滤试验后，ZIF-67@PAN的照片和SEM图像，（f）ZIF-67@PAN对于分散PM2.5污染的过滤性能，（g）在不同的空气流速下，纯PAN和ZIF-67@PAN的PM2.5过滤效率，（h）Co(AC)2/PAN和ZIF-67@PAN过滤器PM2.5的过滤效率和（i）ZIF-67@PAN过滤器从2017年11月22日到2017年12月22日的长期PM2.5过滤测试结果。

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图5（a）用于测量甲醛去除效率测试台的示意图，（b）红外激光气体传感器测量甲醛浓度，和（c）纯PAN和ZIF-67@PAN过滤器的甲醛浓度变化图。

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文章来源：易丝帮

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