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  以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）為原料的廢棄飲料瓶是常見的生活垃圾。控制類似的塑料污染，是我國實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”過程中值得考慮的問題之一。新冠疫情持續(xù)在全球傳播導(dǎo)致的個人防護用具和企業(yè)過濾設(shè)備和器材需求維持增加。聚合物的原材料供應(yīng)和回收成為了近期亟待解決的課題。利用回收的塑料瓶制備納米纖維膜，開發(fā)空氣過濾產(chǎn)品可以兼顧以上兩方面的問題。

  在空氣污染物過濾設(shè)備中使用靜電紡絲工藝制備的納米纖維膜已是學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。高比表面積的多孔纖維膜一般被認為有比較高的過濾效率。通過對靜電紡絲得到的原生纖維進行溶液浸泡后處理可以改變纖維的表面形貌，使原來光滑的纖維表面產(chǎn)生納米級多孔結(jié)構(gòu)，從而達到增加其表面積的目的。

圖1 不同溶劑處理30分鐘的回收PET纖維的SEM圖像。(a)無水乙醇；(b)丙酮；(c) 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)/乙醇(1:1 wt %)；(d) NMP/乙醇(1:1 wt %)，乙醇沖洗；(e) NMP/乙醇(3:5 wt %)；和(f) NMP/乙醇(1:3 wt %)。

  后處理溶劑選擇是成功制備靜電紡絲表面多孔或高粗糙度纖維的關(guān)鍵點之一。因此，可以誘導(dǎo)PET發(fā)生重結(jié)晶，進而改變形貌的溶劑都被選擇用來處理PET納米纖維膜，并將處理前后的樣品實施形貌和其他表征。

圖2 空氣過濾試驗示意圖。

  病毒，包括近年引起大流行的COVID-19 冠狀病毒，本質(zhì)上是一種蛋白類大分子，其尺寸一般為亞微米級。已有廣泛的研究證實，含有SARS-COV-2病毒的人體體液是傳播COVID-19的主要途徑�？紤]到操作病毒的危險性，本實驗使用生物實驗室常用的熒光蛋白模擬病毒，對PET膜進行含病毒水霧的過濾性能測試。可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過NMP處理后的PET纖維膜可以更高效的攔截熒光蛋白。因此可以肯定的是，經(jīng)過后處理的高粗糙度的纖維膜的過濾效果要優(yōu)于原生光滑纖維。這歸功于其粗糙的纖維表面對外來顆粒有更多的攔截和捕獲機會。本工作開發(fā)的PET可以適用于工業(yè)廢氣和病毒等多種污染物的有效過濾，尤其適合在工業(yè)和家用高空氣通量過濾設(shè)備上應(yīng)用。

圖3 熒光蛋白模擬病毒的熒光顯微鏡圖像，蛋白被捕獲在膜過濾器表面或留在接受的培養(yǎng)皿上。  

  該研究成果近日以“Hierarchical Porous Recycled PET Nanofibers for High-Efficiency Aerosols and Virus Capturing”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces (2021, DOI: 10.1021/acsami.1c17157)。論文的第一作者為曼徹斯特大學材料學院博士生宋鋆，通訊作者為李加深博士。該研究工作得到了英國工程與自然科學研究理事會(EPSRC)的支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c17157