科研进展
新疆理化所在环保型高效纤维空气过滤材料研究领域获新进展
发布时间：2024-09-03
随着工业化和城市化发展，空气中的颗粒物（pm）含量日益增加，对人类健康和生态系统造成严重威胁。传统空气过滤材料面临高效低阻难以平衡、机械强度不足以及难降解等局限，亟需开发新型环保高效空气过滤器（hepa）。玄武岩纤维是一种由天然玄武岩矿石熔融制成的高性能绿色无机纤维，具有良好的力学强度和隔热阻燃等特性，有望用于新一代高性能空气过滤材料的制备。
近期，中国科学院新疆理化技术研究所分离材料与技术团队研究人员将天然玄武岩纤维和纳米纤维素纤维进行复合，成功构筑了一种环保型高效pm0.3空气过滤材料。该滤材通过将非织造玄武岩纤维层和纳米纤维素静电纺丝层复合叠置，利用热压法形成夹心结构。研究结果表明，滤材中的纳米纤维素纤维平均直径约为200-350 nm，基于颗粒物过滤原理，纳米纤维能够有效过滤小尺寸细微颗粒，因此为复合纤维滤材提供了更高的过滤效率（pm0.3初始过滤效率高于99.99%）。玄武岩纤维的引入导致滤材压降下降60%，有效改善了滤材的整体透气率，从而提升了过滤品质因子，使其综合过滤能力优于部分商业化hepa滤材。此外，该复合纤维滤材具有优异的机械强度、抗潮性、耐高温和耐火性能，经180 ℃高温处理后，其对pm0.3的过滤效率仍可保持在92%以上。此外，由于该滤材的制造原料均具有良好的环保特性，赋予其生物可降解性能，经过12天土壤掩埋处理后滤材失重率达84%，使该滤材废弃物的处理不会对环境造成二次危害。这项工作为新一代环保功能型hepa滤料的开发提供了思路。
研究工作得到新疆“天山英才”培养计划和中国科学院等的支持。
图a：环保型复合纤维滤材的制备示意图
图b:空气过滤性能对比
