DOI:10.1016/j.jiec.2020.10.010

这项工作使用3D图案开发了一种压花纳米纤维膜（ENMs），用于空气过滤装置，并将该结构与平面纳米纤维材料（PNMs）进行了比较。采用3D打印和静电纺丝技术相结合制备了压花纳米纤维膜（ENM），与平面结构相比，ENM的表面积有所增加。ENM的表面积（66 m3∙g-1）比PNM（23 m3∙g-1）高出三倍。压花结构取决于3D图案中的孔尺寸和网格高度。纳米纤维膜（NMs）的孔径控制在0.2μm，以实现对空气中超细颗粒物和烟雾污染物的高效过滤。聚酰胺6 ENM通过（-CH2CHCONH2+）或阴离子（-NHCH2COO-）电晕表面离子改性获得了出色的过滤效率。离子改性在污染物颗粒与纳米纤维表面之间产生静电吸引或范德华力/排斥力。通过动态粒子去除率（％）、穿透率（％）、阻力（mmH2O）和透气性（m3/m2/min）测试评估了离子ENMs的动态粒子阻隔效率。与PNM相比，压花结构增强了纳米纤维发达的孔结构和较大的表面积。

图1.（A）已开发的3D图案设计的特征：（a）无孔图案（PET无纺布）和（b）菱形，（c）四边形，（d）圆形图案，以及（B）使用该图案获得的相应纳米纤维材料。

图2.PA6 ENM的前表面和横截面。（a）表示局部密度变化的表面压纹图像（A1：投影区域；A2：平面区域），（b）压纹区域（H1）和平面区域（H2）的实际厚度，（c）压纹的表面图像和（d）PA6 ENM中的纳米纤维结构。

图3.PA6 PNM和ENM的表面粗糙度以及整体和局部厚度。

图4.颗粒捕获机理：表面离子改性（阳离子或阴离子）在ENM表面形成第二道屏障，以防止细小的灰尘/污垢颗粒。

图5.当使用带负电的MWCNTs（MWCNTs的平均尺寸为0.250μm）时ENMs上的动态颗粒附着效率：（a）阴离子改性和（b）阳离子改性的ENMs。

图6.超细污垢颗粒（MWCNTs）在原始和离子改性ENMs上的粘附行为。

图7.大气压下离子改性72小时的影响：（a系列）原始PA6 ENM，（b系列）阴离子改性PA6 ENM，（c系列）阳离子改性PA6 ENM。

图8.（a）PA6 ENM的香烟烟雾阻隔性能测试，（b）使用ToF-AMS分析香烟烟雾细尘污染的粒径分布，以及（c）香烟烟雾阻隔测试后，通过XPS分析PA6 ENM上的化学成分。