ACS作者智選：具有熱刺激響應功能的智能防火空氣過濾膜

最新 07-11

英文原題：Core–Shell Nanofibrous Materials with High Particulate Matter Removal Efficiencies and Thermally Triggered Flame Retardant Properties。於2018年7月2日發表於開放獲取期刊ACS Central Science。

作者：

Kai Liu,Chong Liu,Po-Chun Hsu,Jinwei Xu,Biao Kong,Tong Wu,Rufan Zhang,Guangmin Zhou,William Huang,Jie Sun, andYi Cui

通訊作者：

廢氣除塵對於減少空氣污染有著至關重要的作用。而傳統的除塵裝置具有如下缺點需要完善：（1）低過濾效率，特別是對於粒徑低於1微米的灰塵，而這正是空氣PM2.5污染的原因。 (2) 火災風險。據統計，＞70%的工業灰塵是可燃的。這些灰塵聚集在灰塵過濾器上，容易被明火或者靜電火花點燃，進而蔓延，導致粉塵爆炸。據統計，在1980-2005年之間，美國至少發生281起工業灰塵火災或爆炸，這導致了至少119 人死亡，718人受傷。（3）過濾壓降大，因此耗能大。

斯坦福大學崔屹教授研究組最近研製了一種具有智能防火功能的空氣過濾薄膜。該文章「Core–Shell Nanofibrous Materials with High Particulate MatterRemoval Efficiencies and Thermally Triggered Flame Retardant Properties」發表在ACS Cent. Sci.（Publication Date (Web): July 2, 2018）。他們利用靜電紡絲，製備了一種具有「核-殼」微結構的納米纖維。纖維的「殼」由尼龍-6高分子組成，其單體分子具有很大的偶極矩（3.6 D），可以高效的吸附PM2.5顆粒。而「核」由防火劑（三苯基磷酸酯）組成。將大量的納米纖維無序堆疊，可以製備一個自支撐的多孔空氣過濾膜。在正常的情況下，工業廢氣通過由此過濾膜，灰塵可以被高效的阻攔：透光率為80%的薄膜對於PM2.5顆粒的過濾效率達到99.00%，對於 PM10–2.5，過濾效率>99.50%。此過濾過程壓力降低非常小：在過濾速度約0.5 m s-1時，壓降僅為0.25 kPa。而當灰塵聚集到一定程度，如果發生火災，此納米纖維就變成了「納米滅火器」：纖維表面的尼龍會在高溫下融化，釋放內部包裹的防火劑，高效的熄滅火焰，從而防止火災的進一步蔓延和粉塵爆炸的發生。

「核-殼」結構的納米纖維使得過濾薄膜同時具有高的空氣過濾效率和防火功能，而這兩個功能沒有彼此受到影響。這為同時兼備多功能的智能材料提供了一種思路。