面向高湿PMs滤除和无源生理监测的有机-无机纳米杂化电活性聚乳酸防护膜

徐明伟, 杨尚学, 刘冠林, 杨婷, 张一帆, 赵越, 李和国, 张明明, 徐欢

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高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (03) : 138-149.

面向高湿PMs滤除和无源生理监测的有机-无机纳米杂化电活性聚乳酸防护膜

  • 徐明伟, 杨尚学, 刘冠林, 杨婷, 张一帆, 赵越, 李和国, 张明明, 徐欢
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摘要

空气中细微颗粒物(PMs)和病毒能攻击人体呼吸系统,导致呼吸功能受损.尽管生物基可降解聚乳酸(PLA)纳米纤维膜在空气净化领域有显著前景,但现有制备方法难以有效同时调控纤维微观结构、膜形态和驻极体性能.本文提出有机-无机纳米杂化复合协同提升策略,采用静电纺丝PLA@TiO2和电喷雾咪唑酸分子筛框架-8(ZIF-8)纳米电介质相结合的技术路线制备了PLA@TiO2/ZIF-8(PLA@T/Z)纳米纤维膜,大幅提升了PLA纳米纤维膜的电活性和表面活性,其介电常数和表面电位分别可达3.47和8.5 kV.在10 N和1 Hz接触-分离循环测试中,PLA@T/Z输出电压高达17.9 V,而在仿人呼吸条件下输出电流为32.1 nA.得益于优异的驻极特性和电荷再生能力,PLA@T/Z展现了超高的PM0.3过滤性能,在空气流速为85 L/min时能滤除90.4%的PM0.3,而压降仅为175 Pa;在相对环境湿度(RH)为90%时仍能滤除90.8%的PM0.3(空气流速为32 L/min).有机-无机纳米杂化复合体系结构的设计拓展了PLA纳米纤维膜在空气净化和自供能呼吸监测等领域的应用前景.

关键词

空气过滤 / 聚乳酸 / 纳纤防护膜 / 有机-无机杂化复合体 / 无源监测

中图分类号

TQ340.64 / TB383.2

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徐明伟, 杨尚学, 刘冠林, 杨婷, 张一帆, 赵越, 李和国, 张明明, 徐欢. 面向高湿PMs滤除和无源生理监测的有机-无机纳米杂化电活性聚乳酸防护膜. 高等学校化学学报. 2025, 46(03): 138-149

基金

国家自然科学基金(批准号:52404195,52003292,52174222); 国家重点研发计划项目(批准号:2024YFC3015003,2023YFC3011704); 北京市教育委员会科研计划项目(批准号:KM202310017002); 国家能源集团科技攻关项目(批准号:E210100285)资助

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