박테리아, 바이러스 또는 독성 물질은 PM0.3과 같은 초미세먼지에 의해 상온 환경에 광범위하게 퍼져 국민 건강을 위협합니다. 또한, 산업용 고온 폐가스는 환경을 심각하게 오염시킵니다. 사람들의 건강과 환경 최적화를 위해 박테리아가 포함된 주변 소스와 고온 소스 모두에 적용 가능한 여과막의 개발이 시급합니다. 현재 대부분의 여과막은 여과 내구성이 열악하고 산업화 진행이 더딘 등 기술적 병목 현상에 직면해 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 우한 섬유 대학교의 쑤 웨이린 학자가 이끄는 팀은 원심 회전 기술을 활용했습니다. 외부 전기장이 필요 없이 폴리이미드는 방사 과정에서 자발적으로 분극된 분자 구조를 획득하여 형성된 섬유 매트 표면에 강한 자립 정전기력을 생성합니다. 은나노입자의 ~에 현장 성장으로 항균성이 부여되어 항균성과 장기간의 여과가 가능합니다. 이 기술은 또한 여과막의 대량 준비를 실현합니다. 그들의 일,"자립형 정전기 및 항균 폴리이미드/은 섬유 매트를 기반으로 한 내열 공기 필터,"고급의 기능의 Materials에 게재되었습니다. 논문의 공동 제1저자는 우한 섬유대학교의 레벨 페이 박사와 2023년 석사 과정 학생인 주 Zheng이며, 쑤 웨이린 학자와 리우 신 교수가 교신저자로 참여했습니다.

폴리이미드 섬유 매트 표면에 강한 자립 정전기력이 발생하는 것은 주로 원심 방사 과정에서 거시적 마찰과 미세한 쌍극자 분극에 기인합니다. 섬유와 공기, 섬유 사이의 마찰은 강한 정전기장을 생성하고, 이는 폴리이미드 분자의 분극을 유발하여 정전기장을 더욱 강화시킵니다. 폴리이미드의 높은 절연성과 우수한 유전 특성으로 인해 정전기 손실이 최소화되어 표면 정전기력의 소멸이 느려집니다. 캐스팅으로 얻은 폴리이미드 필름과 비교할 때 강한 정전기력은 원심 방적 섬유 매트의 표면에만 존재합니다. 추가 분자 시뮬레이션을 통해 원심 회전 및 주조 방법으로 얻은 폴리이미드 분자의 다양한 분극 정도가 확인되었습니다. 원심 방적 섬유 매트와 캐스트 필름의 수소 결합 에너지는 각각 28.54 kJ/몰 및 19.50 kJ/mol로 열 안정성과 일치합니다. 더욱이, 원심방사 섬유 매트의 절대 극성 매개변수는 캐스트 필름의 절대 극성 매개변수보다 높았으며, 이는 원심 방사 공정이 폴리이미드 분자의 분극을 유도하여 분자 극성을 향상시킨다는 것을 추가로 확인시켜 주었습니다.

폴리이미드와 은나노입자 복합섬유 매트의 형태와 물리화학적 특성을 분석한 결과, 현장 성장 방법이 은나노입자를 폴리이미드 섬유 매트에 성공적으로 부착시키는 것으로 나타났습니다. 30-350 °C의 열분해 온도 범위 내에서 폴리이미드/은 나노입자 섬유 매트(PI/Ag)의 중량 손실은 5%를 초과하지 않습니다. 내열성 테스트에 따르면 PI/Ag 섬유는 280°C에서 장기간 열처리한 후에도 섬유 직경에 큰 변화가 없이 연속적인 형태를 유지하는 것으로 나타났습니다. PI/Ag의 탁월한 열 안정성 덕분에 이 소재를 기반으로 한 공기 필터를 200~300°C의 환경 온도에서 장기간 사용할 수 있습니다.

PI/Ag의 여과 성능 테스트에 따르면 260μm 두께의 섬유 매트의 PM0.3에 대한 여과 효율은 99.1%이고, 180μm 두께의 섬유 매트의 경우 98.1%이며 압력 강하는 73.67Pa로 감소합니다. , 평균 표면 정전기 전압은 -713V입니다. 이와 대조적으로 상업용 폴리이미드 섬유 매트는 표면 정전기 전압이 -10V에 불과하며 PM0.3 여과 효율은 58.5%입니다. 초고 표면 정전기 전압과 원심 회전으로 구축된 3차원 네트워크 구조가 PI/Ag의 공기 여과 효율을 시너지적으로 향상시킵니다. 330일 후에도 PI/Ag의 표면 정전기 전압은 여전히 ​​-700V 이상으로 유지되며, 280°C에서 1시간 고온 처리 후에도 PM0.3의 여과 효율은 91.3% 이상으로 유지됩니다. 따라서 PI/Ag는 고온 환경에서 장기간 여과를 달성하면서 낮은 압력 강하를 보장할 수 있습니다. 항균 테스트에서는 PI/Ag가 대장균(대장균 대장균)과 황색 포도상구균(포도상 구균 아우레우스)에 대해 상당한 항균 활성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 따라서 본 연구에서 제조된 PI/Ag는 산업용 고온 발생원인 배가스 여과뿐만 아니라 상온 세균 발생원의 공기 여과에도 사용될 수 있다.

요약: 저자는 원심 방사 기술을 사용하여 강한 자립 정전기력을 갖는 항균, 고온 저항성 폴리이미드 섬유 매트를 준비했습니다. 이는 자립 정전기력의 효과로 인해 높은 PM0.3 여과 효율을 보장하면서 동시에 낮은 압력 강하. 이 연구는 다기능의 효율적인 공기 여과 섬유 재료의 대규모 연속 준비에 대한 새로운 접근 방식을 제공합니다.