【引言】

近年來，空氣污染問題備受關注。對于室內(nèi)空氣污染的治理成為當下的研究熱點之一。室內(nèi)空氣污染具有累積性，長期性和多樣性的特點。除了人們熟知的PM2.5，揮發(fā)性有機物、細菌等也是室內(nèi)空氣的主要污染源。目前，對空氣中各種污染物的控制，主要采用分步處理模式，通常采用多層濾網(wǎng)串聯(lián)來實現(xiàn)PM2.5捕捉、甲醛去除等目的。分步處理不僅占用更多空間，而且投資和維護費用高。因此，發(fā)展以多功能凈化材料為基礎的一體化控制技術(shù)是解決上述問題的關鍵。

【成果簡介】

南京工業(yè)大學仲兆祥教授團隊以多孔陶瓷材料為基體，在其顆粒堆積孔道口生長碳納米管，隨后在碳納米管上均勻沉積納米銀顆粒，形成以微米孔道、碳納米管和納米催化組分構(gòu)成的多層次結(jié)構(gòu)膜材料。高孔隙膜基體具有三維聯(lián)通的孔道結(jié)構(gòu)，透氣性好；納米纖維組成的攔截網(wǎng)絡顯著提高了粉塵擴散與慣性撞擊概率，且由于纖維尺度與氣體分子平均自由程相當，誘導產(chǎn)生滑移流效應，使纖維表面的氣體曳力低于非滑移流下的曳力，幾乎不影響膜孔道阻力；多層次孔道結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，是良好的催化劑載體，高度分散的納米催化劑具有優(yōu)越的催化性能，可快速降解VOCs。該膜對空氣中納米粉塵的截留率達到100%，遠超過HEAP濾網(wǎng)國際標準（對直徑為0.3微米的微粒去除率需達到99.97%），同時大幅降低過濾壓降，降低了空氣凈化能耗，計算表明該膜具有較高的質(zhì)量因子（Quality Factor），同時對革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、真菌等具有良好的抑制效果，在室溫下對甲醛有82.2%的一次降解率。相關研究成果發(fā)表在Nanoscale上（Nanoscale, 2017,9, 5433-5444），并被選為外封面論文。

【圖文導讀】

納米“珍珠項鏈”構(gòu)型Ag@MWCNTs

(a) 多功能催化抑菌過濾膜的制備過程示意圖;

(b-d) 多孔Al2O3陶瓷膜表面形貌;

(e-g) Ag@MWCNTs/Al2O3表面形貌;

(h) AgNPs@MWCNTs的元素分布情況.

(a)不同樣品對三種細菌的動態(tài)截留性能比較;

(b) 實驗室條件下，不同樣品的抑菌性能比較;

(c) 真實環(huán)境下，不同樣品的的動態(tài)抗菌性能比較;

(d)樣品對甲醛的降解性能比較;

(e) MWCNT/Al2O3和Ag@MWCNTs/Al2O3對甲醛的降解效果對比;

(f-g) 截留率和壓降的變化

(h-i) 截留率和品質(zhì)因子隨過濾速度的變化.

(a-d)大腸桿菌(E. coli), (e-h) 枯草芽孢桿菌(B.subtilis), 黑曲霉菌(A.niger)表征的不同樣品的動態(tài)抗菌效果對比；(a,e,i)為Ag@MWCNTs/Al2O3, (b,f,j)為MWCNTs/Al2O3, (c,g,k)為Al2O3, (d,h,l)為空白樣.

【小結(jié)】

本研究提供了一種基于多層次微納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建設計功能膜材料的思路，其核心在于材料中不同尺度與功能單元間的有機結(jié)合與協(xié)同作用。研究工作實現(xiàn)了空氣凈化材料從單一的PM2.5去除到VOCs、細顆粒物（PM2.5）、細菌等多種污染物的協(xié)同控制的拓展，對空氣污染物控制模式的革新具有一定借鑒意義。