空气过滤材料概述

现有的空气过滤技术主要包括静电集尘与膜分离。静电集尘式过滤技术由于需经历电晕放电过程，极易产生臭氧，另外设备使用寿命短，限制了该技术的广泛应用［5-6］。膜分离技术分离精度高、能耗低、设备简单且易于工业化，被越来越广泛地运用到空气过滤领域中［7］。目前，用于空气过滤的膜分离材料主要有相分离膜、拉伸膜、核孔膜和纤维膜。

（1）相分离膜。相分离膜因具有孔径小、制备方法简单等优点可被应用于空气过滤领域。通常，相分离膜是将聚合物溶液浸入到非溶剂凝固浴中，溶剂与非溶剂之间的双向扩散效应使溶液体系发生液—固和液—液相分离，最终形成了具有许多微孔结构的膜材料。该多孔膜过滤材料适用于食品发酵、生物制药等需要无菌洁净空气的领域，这主要是由于相分离膜较小的孔径赋予了材料较高的过滤效率，然而其较低的孔隙率使得材料的阻力压降较大，导致其使用过程中能耗较高［8］。

（2）拉伸膜。在空气过滤领域中利用拉伸膜捕集固体颗粒物的技术已相当成熟，目前，市场上的拉伸膜主要为聚四氟乙烯（PTFE）拉伸膜。PTFE拉伸膜厚度小、孔径小、孔隙率高，因而其对较小尺度的固体颗粒物具有较高的过滤效率，但是其容尘量小、孔易被堵塞且阻力压降随着使用时间的延长而急剧增加，限制了其在过滤领域的应用。

（3）核孔膜。核孔膜［9］源于20世纪40年代美国科学家在重离子加速实验中无意发现的一种非金属材料开孔技术，利用高科技精密（化学蚀刻）扩孔加工工艺形成的具有致密且垂直孔道结构的单层过滤材料。每立方厘米的核孔膜拥有数十万个微米级直通微孔，孔径大小均一，其对PM2.5的过滤效率可达92%。但是核孔膜价格昂贵、阻力压降大等问题限制了其进一步发展。

（4）纤维膜。纤维膜类空气过滤材料是由随机排列的纤维堆积而成，具有较好的结构可调性，可以制备出不同等级的空气过滤材料，以满足不同环境下的使用需求。纤维膜因其过滤性能好、环境适应性强等优点已经成为当前的主流空气过滤材料［6，10］。纤维膜类空气过滤材料主要包括普通非织造纤维、熔喷驻极纤维、玻璃纤维和静电纺纳米纤维。(www.xing528.com)

①普通非织造纤维［11］：将短纤维或长丝进行定向或随机分布排列，经过加固处理形成纤维各向同性堆积且具有较高孔隙率的网状结构材料。与传统纺织材料相比，非织造材料在过滤性能上有一定程度的提升，但其纤维直径难以进一步细化，孔径相对较大，使其过滤效率难以进一步提升。增加非织造纤维的堆积密度可提升材料的过滤效率，但会使其阻力压降快速增加，难以满足高效低阻的要求。

②熔喷驻极纤维［12］：为了满足高效低阻的要求，将非织造熔喷材料与驻极技术相结合，有望在不增加压阻的情况下大幅度提升材料的过滤性能。但是，目前常用的驻极方式多为电荷的二次注入，注入电荷的阱深较低，电荷易衰减，导致材料难以维持稳定的过滤性能。

③玻璃纤维［13］：玻璃纤维直径小、堆积密度低，对直径为0.3μm的颗粒过滤效率达99.97%。但是玻璃纤维脆性大，易断裂，致使整个材料易破裂，限制了其在终端制品的使用性能。

④静电纺纳米纤维［14］：纤维直径小、纤维均一性好，由其堆积形成的纤维材料孔径小、孔隙率高，因此，其对微小颗粒物的过滤效率高、阻力压降低且平方米质量（克重）低，有望成为一种理想的空气过滤材料。