近年來，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，空氣污染日益加劇. 其中，空氣中的微小顆粒PM2.5在空氣中停留時間長、傳播距離遠，且可經(jīng)過人體的上、下呼吸道，最后沉積在人體肺部，甚至通過肺部進入血液，對人體造成重大威脅，可引發(fā)呼吸性疾病，心臟疾病及使孕婦有早產(chǎn)風險 空氣過濾膜能夠有效去除空氣中的微小顆粒，可被用作呼吸器、室內(nèi)空氣凈化器、工業(yè)氣體凈化等因此，日益嚴重的環(huán)境問題使得人們對性能優(yōu)異的空氣過濾膜的需求日益加劇. 但是，傳統(tǒng)的過濾材料纖維直徑為微米級別，空隙太大不能有效地過濾空氣中的微小顆粒. 研究表明，隨著纖維直徑的減小，材料的過濾性能逐漸增加，當纖維的直徑為納米級的時候，可顯著地提高材料對PM2.5的過濾性能. 因為較小空隙及較大比表面積產(chǎn)生的面積效應可有效地過濾空氣中的微小顆粒. 研究表明，利用靜電紡絲制備的納米纖維，因為具有高開口孔隙率、高比表面積、通透性等優(yōu)異的性能，可用于制備各種高性能過濾材料.
聚丙烯腈具有優(yōu)異的耐候性，在室外長時間放置依然可保持原來的強度，此外，聚丙烯腈具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，可耐無機酸、過氧化氫及一般的有機試劑. 為了能夠多次重復循環(huán)使用，所以選擇靜電紡絲制備聚丙烯腈納米纖維作為空氣過濾膜. 但是聚丙烯腈作為空氣濾膜，隨著濾膜厚度的增加，過濾效率提高，濾膜的壓降也顯著增大，據(jù)論證是由于空隙率的下降導致. 納米纖維素具有嚴格的尺寸和形貌、良好的生物降解性和生物相容性、高強度及彈性模量為使空氣濾膜的過濾效率提高，濾膜的壓降緩慢降低，我們在聚丙烯腈紡絲溶液中添加納米纖維素，納米纖維素具有良好的親水性，可改善聚丙烯腈薄膜的疏水性能，能使空氣流通加快，有效地降低空氣濾膜的壓降.
1 實驗部分
1.1 試劑與儀器
聚丙烯腈，純度90%，Mw=150000，西格瑪生化試劑二甲基甲酰胺，含量99.5%，密度為0.945 g/mL，天津富宇精細化工有限公司. 納米纖維素晶體水分散液，無紡布，上海西斯無紡布制品有限公司.靜電紡絲設備，KG-2，濟南良?？萍加邢薰?，熱綜合分析儀，SDT Q600，美國TA. 掃描電子顯微鏡，JSP-6700F，Philips，Holland
2 結(jié)果與討論
2.1 納米纖維素形貌
納米纖維素與PAN納米纖維形成復合薄膜，復合薄膜沉積在無紡布構(gòu)成空氣過濾膜.是純PAN纖維和CNC/PAN復合納米纖維的掃描電鏡照片和其對應的尺寸分布圖，純PAN和CNC/PAN復合納米纖維的平均直徑分別為（129±14）nm和（119±12）nm，CNC/PAN復合納米纖維的平均直徑較純的PAN纖維有所減小，這可能是電紡前驅(qū)液中添加的CNC納米粒子降低了電紡前驅(qū)液的黏度所致
2.2 復合薄膜性能
研究復合薄膜的親疏水性能，其中純PAN薄膜的接觸角為145°，表明PAN薄膜具有較強的疏水性. CNC/PAN復合薄膜與水的接觸角為21°，證明該復合薄膜具有良好的親水性能. 復合薄膜親疏水性改變的主要原因是CNC表面存在大量親水性功能團，有效地改善了復合薄膜的親水性. 研究表明具有親水性的空氣過濾膜有利于增強過濾效率及降低空氣壓降，因此CNC的加入可以顯著地提高復合薄膜過濾PM2.5的能力.通過空氣濾膜的熱重曲線可知，CNC/PAN復合過濾膜的熱重曲線與PAN過濾膜的熱重曲線基本相. 推測是由于CNC的含量較小對復合濾膜的失重影響不大，CNC/PAN復合過濾膜在300℃開始失重，因此可知CNC/PAN復合過濾膜具有一定的熱穩(wěn)定性，可應用于常溫及高溫環(huán)境下進行空氣過濾.
3 結(jié)論
本文以CNCs和PAN為原料，采用靜電紡絲法制備了CNC/PAN納米薄膜與無紡布基底上. SEM表明了靜電紡薄膜具有多孔結(jié)構(gòu)，纖維直徑平均（119±12）nm. 接觸角測量表明CNC的加入改善了薄膜的親水性能. 紅外分析證明了體系中CNC的存在，而熱重分析證明了薄膜具有一定的熱穩(wěn)定性. 空氣過濾測試證明了該薄膜具有較高的空氣過濾效率，32L/min下的過濾效率為99.67%，說明該材料具有在空氣過濾膜中應用的潛能.
