盡管我們已經為空氣治理做出了很多努力，但許多發展中國家仍然面臨著嚴重的空氣污染問題。空氣污染在世界各地造成了數百萬的疾病和氣候變化。因此，減少空氣污染，將有助于構建一個健康、可持續和公平的環境。高溫廢氣攜帶的特殊物質（PM）是主要的空氣污染物之一，它可以滲透到我們的肺外器官，甚至作為COVID-19等病毒的傳播載體，導致全球大流行病擴散。因此，開發低成本、長效、阻燃、高效的高溫廢氣中的PM_0.3過濾材料是至關重要的。低成本且難以溶解的納米纖維由于其出色的耐高溫性、耐腐蝕性、優越的阻燃性和機械性能，在高溫過濾領域具有很好的應用潛力。然而，由于大多數難溶聚合物的分子結構是剛性的，大規模制備難溶納米纖維始終是一項具有挑戰性的任務。一般來說，使用離子溶液來溶解難溶的聚合物，離子溶液通常是導電的，這限制了用電紡法大規模生產難溶的納米纖維。

圖1 世界實時空氣污染指數圖。數據來自IQAir，https://www.iqair.com/earth。采集時間：2022年8月18日凌晨1:00，北京時間

近期，清華大學伍暉教授團隊在Advanced Fiber Materials上發表了題為“Processing Nomex Nanofibers by Ionic Solution Blow-Spinning for Efficient High-Temperature Exhausts Treatment” 的研究成果。該工作實現了前驅體溶液導電的難溶性納米纖維的大規模制備，通過氣紡技術，原創性地制備了平均纖維直徑在100nm間位芳綸納米纖維過濾材料，過濾材料能夠在低氣阻下高效過濾200-280 ℃的高溫煙氣中的PM_0.3，達到良好除塵的效果。氣紡技術制備的間位芳綸納米纖維膜具備高本征偶極矩、高過濾效能、低纖維直徑、低氣阻、高工作溫度、低密度、低成本、良好的酸環境穩定性和力學性能、優異的阻燃和離火自熄性能、可回收和高單位面積容塵量等多重優勢，能夠安全、高效、穩定、大規模地應用于高溫煙氣環境。

該工作原創地報告了一種簡單的、可擴展的、低成本的離子溶液氣紡方法，以制備難溶的間位芳綸納米纖維空氣過濾材料，用于長期、穩定、高效的工業級高溫煙氣過濾應用，主要優勢如下：

圖2 間位芳綸和其它難以溶解的納米纖維前體溶液的制備

圖3 通過離子氣紡技術制備難以溶解的納米纖維膜

2. 間位芳綸納米纖維過濾材料擁有高效的PM過濾性能。間位芳綸納米纖維及膜材料呈現出4.87 D的高偶極矩和1.19的高Kn值，室溫下，在5.33 cm s^-1的氣流速度下，以189 Pa的低壓降和捕獲99.92%的PM_0.3。高效的間位芳綸納米纖維膜具有極少的材料消耗，99.92%過濾效率對應的纖維膜面積密度僅為4.6 g m^-2。相比之下，為了達到類似的過濾性能，目前的商用PP和玻璃纖維過濾材料的面積密度分別為40.9 g m^-2和80.6 g m^-2。

圖4 間位芳綸納米纖維膜的特征

3. 高溫穩定性。間位芳綸納米纖維膜在250 ℃時可捕獲99.5%以上的PM_0.3-10，在280 ℃加熱12 h后仍可捕獲99.36%的PM_0.3。間位芳綸納米纖維膜的工作溫度高達280℃，極限氧指數為28.39%，抗拉強度為4.36 MPa，在強酸性腐蝕環境中能長期保持良好的形態，對PM的過濾性能穩定。此外，間位芳綸納米纖維膜在250 ℃下加熱15天后，對PM_0.3的捕獲效率在99.92%和99.94%之間波動。此外，高的極限氧指數和低的總熱量釋放（4.9 kJ g^-1）表明其具有良好的阻燃性和高溫安全性。

4. 可回收性。在高溫和室溫下使用的間位芳綸納米纖維膜可以用水或酒精清洗并重新用于過濾，也可以被LiCl/DMAc溶液系統重新溶解，反映了過濾材料的可回收性和可再生性。

圖5 間位芳綸納米纖維膜在室溫下的過濾性能