低阻呼吸防护用聚乳酸纳米纤维膜制备及长效过滤性能研究

作者：朱金佗; 梁琛裕; 朱桂英; 王存民; 徐欢; 王亮^*

来源：煤炭学报, 2023, 1-12.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2023.0683

• 可降解
• 自供能
• 电活性
• 过滤性能
• 空气阻力

长期暴露于大气环境中高浓度的细颗粒物(PM2.5)会对人类的长期健康效应产生消极影响，传统空气过滤材料难以兼顾高效、低阻的防护效果，且不可降解，不仅加剧全球塑料污染，还易产生更强的微塑料危害。为此，制备了一种具有空气滑移效应、自供能且可生物降解的纳米纤维膜，以保障长效、低阻呼吸防护。提出两步水热法制备平均粒径49.6nm、易分散的BaTiO3电介质，同时利用“静电纺丝-静电喷雾”法将BTO纳米颗粒(BTO NPs)原位嵌入PLA纤维膜，利用BTO NPs的摩擦电效应和尺寸效应同步调控纤维膜的过滤效率和空气阻力。通过控制喷雾悬浮液中BTO NPs的浓度，探讨其与PLA/BTO纤维膜电活性、过滤性能和力学性能之间的关系。微观表征和性能测试结果表明：PLA/BTO纤维膜具有优异的电活性、过滤性能及力学性能。PLA/BTO纤维膜表面电势可高达5.9 kV，介电常数达1.20 F/m，平均输出电压高达12.4 V；得益于增强的空气分子滑移效应和电活性，PLA/BTO10纤维膜在显著降低空气阻力(低至20 Pa)的同时，对PM0.3过滤效率提升7.78%～9.05%，对PM2.5过滤效率提升2.90%～13.19%，即使在85 L/min高测试流量下仍能保证高达97.25%的PM2.5过滤效率；同时，PLA/BTO纤维膜拉伸强度增幅高达60%(22.5 MPa)，断裂伸长率增幅高达68%(25%)，而断裂韧性最高可提升1.3倍(3.6 MJ/m3)。因此，提出的兼具长效、低阻过滤且可降解纤维膜在呼吸防护领域具有广阔的应用前景，也为缓解废弃口罩加剧的塑料污染现状提供了一种新思路。

• 单位
  中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 物理学院