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采用纤维材料的直径越细,比表面积越大,相应的材料的容尘量和过滤效率就越高。高效过滤技术主要体现在提高过滤介质的比表面积和缩小介质材料的孔径尺寸。纳米纤维滤材的出现,使多种过滤应用的过滤效果在大多数场合下都得到显著提升,同时还可延长滤材的使用寿命,提高对污染物的容量和增强过滤效率。通过合理的设计,过滤介质设计者和过滤器开发者只需要通过简单地添加极轻极细的电纺纳米纤维层到传统过滤基质表面,即可实现过滤效果的成倍提升。

作为现今唯一可行的商用技术,纳米蜘蛛™电纺技术可以生产较窄纤维直径分布且均匀性高的纳米纤维层,使现行商品利用纳米纤维结构特有的优化过滤行为成为可能。此技术有助于开发更小型化更紧凑型的部件和拥有更高初始效率,低初始压降,长寿命的过滤器。同时可用材料种类的多样性让纳米纤维滤材拥有更广阔的选择空间。使用纳米介质所带给产品过滤效果的提升与传统材料的不同之处在于,它是利用纳米级别材料本身的性能优势,而不是以牺牲压降为代价的。纳米纤维滤材的应用,使得低成本、低阻力、高效过滤产品的开发成为可能。设计合理的纳米纤维过滤介质不仅可以与最昂贵的商业化过滤介质相匹敌,甚至其性能常常会超过这些材料。

对比了通过纳米蜘蛛™制备的一系列不同规格的纳米纤维过滤介质和基材在不同粒子尺寸下的过滤效率曲线。这些数据不仅突出了纳米纤维可以显著提高材料的过滤效率,而且还说明了选用纳米介质设计的灵活性。正如图中所示,可以通过采用不同直径及不同堆积厚度的纳米纤维组合来获得设定的目标过滤效率。由于最佳组合是由实际的过滤应用要求来决定,其它因素如:压降、成本、纳米纤维材料种类需在优化性能的过程中来平衡。

许多的研究成果也表明纳米纤维在过滤领域应用具有优异的性能。捷克 Liberec 大学和 Elmarco 的工程师对比了不同类型滤材在相同条件下的过滤行为,结果表明相比传统的过滤材料,纳米纤维材料的过滤效率提高明显。Kim 等利用静电纺丝法制备了 PAN 纳米纤维毡用作过滤材料,与普通的聚烯烃纤维、HEPA 和 ULPA 过滤材料相比,过滤效率显著提高。Shin等人采用发泡聚苯乙烯(PS)回收料静电纺丝得到直径为 500~700 nm 的 PS 微纳米纤维,并与微米级的玻璃纤维过滤材料复合,使得该玻纤滤材的过滤效率从原来的 68% 提高到 88%。Vitchuli  等电纺尼龙6纳米纤维与普通织物复合,得到过滤效率高达 99.5% 的保护性滤材。

在工业化产品开发方面,电纺纤维毡作为过滤材料最早是应用在开发高效空气过滤材料领域,并首先实现商品化。如空气净化器、工作场所和清洁房通风设备的过滤、工业用油和燃料的过滤、设备进气口空气过滤,以及汽车用过滤等方面;在液体过滤方面,电纺纳米材料在污水净化、去除水中病原体等方面也有很好的效果,此外,还可以通过在纳米纤维中添加一些功能性的材料,开发功能性过滤材料。美国 Clakor 公司利用 Elmarco 的纳米蜘蛛技术开发了新型的汽车用空气滤清器。康明斯过滤公司正在运用 Elmarco 的技术进行相关产品的研发。美国 Donaldson 是最早开发纳米纤维滤材的公司,其 Ultro-web™牌号的产品已在市场有一定的知名度。其它品牌的商品化纳米纤维产品有:AntimicrobeWeb™, NanoFilter™, Fibra-Web™, Finetex Mats™等。目前在国内市场,还没有类似的产品开发,企业还没有认识到纳米纤维应用在过滤领域的性能优势以及广阔的市场前景,仍需进一步的宣传和推广。

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