Бактерии, вирусы или токсичные вещества, широко распространенные при температуре окружающей среды, переносимые сверхмелкими твердыми частицами, такими как ПМ0,3, представляют угрозу для здоровья населения. Кроме того, промышленные высокотемпературные отходящие газы серьезно загрязняют окружающую среду. Существует острая необходимость в разработке фильтрующих мембран, применимых как к источникам окружающей среды, содержащим бактерии, так и к высокотемпературным источникам для здоровья людей и оптимизации окружающей среды. В настоящее время большинство фильтрующих мембран сталкиваются с техническими узкими местами, такими как низкая долговечность фильтрации и медленный прогресс в индустриализации. Чтобы решить эти проблемы, команда под руководством академика Сюй Вэйлиня из Уханьского текстильного университета использовала технологию центробежного прядения. Без необходимости внешнего электрического поля полиимид самопроизвольно приобретает поляризованную молекулярную структуру в процессе прядения, создавая сильные самоподдерживающиеся электростатические силы на поверхности сформированных волокнистых матов. За счет роста наночастиц серебра в-местонахождение придаются антибактериальные свойства, обеспечивая антибактериальную и долговременную фильтрацию. Этот метод также реализует объемную подготовку фильтрующих мембран. Их работа,"Термостойкие воздушные фильтры на основе самоподдерживающихся электростатических и антибактериальных полиимидно-серебряных волоконных матов,"была опубликована в журнале Передовой Функциональный Материалы. Соавторами статьи являются доктор Льв Пей из Уханьского текстильного университета и Цзюй Чжэн, магистрант курса 2023 года, а в качестве соответствующих авторов — академик Сюй Вэйлинь и профессор Лю Синь.

Генерация сильных самоподдерживающихся электростатических сил на поверхности матов из полиимидного волокна в основном объясняется макроскопическим трением и микроскопической дипольной поляризацией во время процесса центробежного прядения. Трение между волокнами и воздухом, а также между волокнами создает сильное электростатическое поле, которое вызывает поляризацию молекул полиимида, тем самым еще больше усиливая электростатическое поле. Благодаря высокой изоляции и превосходным диэлектрическим свойствам полиимида его электростатические потери минимальны, что замедляет рассеивание поверхностных электростатических сил. По сравнению с полиимидными пленками, полученными методом литья, сильные электростатические силы присутствуют только на поверхности матов из центробежного прядения. Дальнейшее молекулярное моделирование подтвердило различную степень поляризации молекул полиимида, полученных методами центробежного прядения и литья. Энергия водородной связи волокнистых матов, полученных центробежным формованием, и отлитых пленок составляла 28,54 кДж/моль и 19,50 кДж/моль соответственно, что соответствовало их термической стабильности. Более того, параметр абсолютной полярности волокнистых матов, полученных центробежным прядением, был выше, чем у литых пленок, что еще раз подтверждает, что процесс центробежного прядения вызывает поляризацию молекул полиимида, усиливая молекулярную полярность.

Анализ морфологии и физико-химических свойств полиимида и композитных волокнистых матов с наночастицами серебра показывает, что метод выращивания в-местонахождение успешно прикрепляет наночастицы серебра к матам из полиимидного волокна. В диапазоне температур термического разложения 30-350 °С потеря массы матов из полиимида/наночастиц серебра (ПИ/Аг) не превышает 5%; Испытания на термостойкость показывают, что волокна ПИ/Аг сохраняют свою непрерывную форму даже после длительной термообработки при 280 °C без существенного изменения диаметра волокон. Превосходная термическая стабильность ПИ/Аг позволяет использовать воздушные фильтры на основе этого материала в течение длительного времени при температуре окружающей среды 200-300 °C.

Испытание эффективности фильтрации ПИ/Аг показывает, что эффективность фильтрации для ПМ0,3 волокнистого мата толщиной 260 мкм составляет 99,1%, а для волокнистого мата толщиной 180 мкм - 98,1%, при этом падение давления снижается до 73,67 Па. и среднее поверхностное электростатическое напряжение -713 В. Напротив, коммерческие маты из полиимидного волокна имеют поверхностное электростатическое напряжение только -10 В, а эффективность фильтрации ПМ0,3 составляет 58,5%. Сверхвысокое поверхностное электростатическое напряжение и трехмерная сетчатая структура, созданная методом центробежного прядения, синергетически повышают эффективность фильтрации воздуха с помощью ПИ/Аг. Через 330 дней поверхностное электростатическое напряжение ПИ/Аг все еще остается выше -700 В, а после 1 часа высокотемпературной обработки при 280 °C его эффективность фильтрации для ПМ0,3 остается выше 91,3%. Таким образом, ПИ/Аг может обеспечить низкий перепад давления, обеспечивая при этом долговременную фильтрацию в высокотемпературных средах. Антибактериальные тесты показывают, что ИП/Аг проявляет значительную антибактериальную активность в отношении Эшерихия палочка и стафилококк ауреус. Таким образом, ПИ/Аг, полученный в этом исследовании, можно использовать для фильтрации воздуха из источников бактерий при комнатной температуре, а также для фильтрации дымовых газов из промышленных высокотемпературных источников.

Рэферат: С использованием технологии центробежного прядения авторами подготовлены антибактериальные, устойчивые к высоким температурам маты из полиимидного волокна с сильными самоподдерживающимися электростатическими силами, которые за счет действия самоподдерживающихся электростатических сил обладают высокой эффективностью фильтрации ПМ0,3 при обеспечении небольшой перепад давления. Эта работа обеспечивает новый подход к крупномасштабному непрерывному производству многофункциональных и эффективных волокнистых материалов для фильтрации воздуха.