生物质聚酯是石油聚合物的可持续、低碳替代品。有效的空气过滤对于超细颗粒和病原体至关重要。尽管静电纺丝纳米纤维膜可以有效地捕获颗粒，但因缺乏固有的抗菌性能会带来污染风险。这项工作开创了双功能生物基聚酯纳米纤维膜，通过单组分中药提取物连翘苷的添加，为纳米纤维膜同时提供高效过滤与有效抗菌双活性，从而推进可持续的空气净化。

近日，青岛大学陈为超教授团队在期刊《Separation and Purification Technology》上，发表了最新研究成果“Synergistic engineering of PEG-modified biomass-based polyester and forsythin for high-efficiency antibacterial air filtration nanofiber membranes”。研究者通过开发出一种抗菌空气过滤纳米纤维膜，以PTF-b-PEG共聚酯为原料经静电纺丝制成。通过在PTF骨架中掺杂 PEG，膜材不仅热稳定性提升，还具备更强亲水性、优异柔韧性与均匀形貌；静电纺丝时加入天然连翘苷（FT）后，纤维直径优化至480 nm，在72 Pa低压、QF 0.09 Pa⁻¹ 条件下，超细颗粒过滤效率达99.92%。此外，膜对金葡菌、大肠杆菌抑制率分别为 98.68%、99.76%，细菌拦截率均达99%，可同步拦截并杀灭细菌，避免二次污染，为解决传统过滤器功能局限提供新方案，凸显其在高效可持续空气净化领域的潜力。

图1：PTF-b-PEG 共聚酯的结构表征和热性能。

通过直接酯化反应，以FDCA、PDO 和 PEG 为原料合成了 PTF-b-PEG 共聚酯。图 1 （a） FT-IR 结果证实了PEG链段成功地整合到了 PTF 主链中。图 1 （b）展示PTF-b-PEG共聚酯的TG 和DTG曲线。在356.8 °C之前未观察到明显的重量减轻现象，这表明PTF-b-PEG共聚酯具有较高的热稳定性，能够确保在加工过程中抵抗热降解。图 1（c） 展示了PTF-b-PEG共聚酯的 DSC 曲线。玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tc）和熔融温度（Tm）分别为 51.05 °C、135.5 °C 和 171.2 °C 。

图2：FTx@PTF-b-PEG纳米纤维膜的形貌和直径分布。

通过静电纺丝技术制备出了具有均匀纤维结构和良好形态的 PTF-b-PEG 共聚酯纳米纤维膜。向 PTF-b-PEG 纳米纤维膜中加入 FT。研究发现，FT 改性显著减小纳米纤维的直径，表明其在提高膜结构性能方面非常有效。图 2（a）-（d）展示了 FTx@PTF-b-PEG 纳米纤维膜的形态。值得注意的是，随着 FT 含量的增加，纤维直径以及直径分布逐渐减小。如图 2（e）-（h）所示，平均纤维直径从 1.71 μm显著降低至 0.45 μm。直径的减小可归因于 FT 的添加削弱了聚酯片段之间的范德华力和氢键，从而破坏了聚合物分子之间的缠结，降低了纺丝溶液的粘度，较小的纤维直径必然会使膜的过滤性能得到提升。

图3：FTx@PTF-b-PEG纳米纤维膜的过滤性能。

研究通过系列实验得出：FT（连翘苷）浓度 10% 的 FT10@PTF-b-PEG 纳米纤维膜过滤性能最优，搭配 4±0.2 g/㎡基重时，过滤效率达 99.92%、压力降 72 Pa、质量因数 0.09 Pa⁻¹，实现高效过滤与低能耗平衡，气流速度变化下效率仍稳定超 99%，且 9 天内保持高过滤效率，展现出优异的颗粒捕获能力、动态稳定性与耐久性。

图4：FT10@PTF-b-PEG纳米纤维膜抗菌性能。

研究表明，FT10@PTF-b-PEG 纳米纤维膜具优异抗菌性能： FT对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率分别达98.68%、99.76%，其抗菌机制为酚羟基破坏细菌细胞壁与细胞膜，且膜的亲水性可促进 FT 快速释放以增强抗菌效果。同时，FT 使纳米纤维直径减小，与杀菌活性形成协同作用，纤维细化增大比表面积，既提升物理拦截效率，又增加细菌与 FT 的接触机会，致密结构还延长细菌暴露于 FT 的时间，二者协同同步提升过滤与抗菌性能。

图5：FT10@PTF-b-PEG纳米纤维膜的生物气溶胶过滤能力。

研究证实 FT10@PTF-b-PEG 纳米纤维膜对生物气溶胶表现出优异性能：其与 PTF-b-PEG 膜均能高效拦截细菌，但仅 FT10@PTF-b-PEG 膜具备显著抗菌性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达到98.88%和99.73%，且能使膜上细菌出现形态萎缩变形。该膜可用于公共交通、医院等有细菌气溶胶的场景，实现空气过滤与灭菌。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.134918