摘要： 聚酰亞胺纖維是典型人工合成材料，其分子鏈中苯環(huán)與酰亞胺環(huán)交替連接，由于旋轉(zhuǎn)能低且分子鏈呈現(xiàn)相對(duì)剛性，從而賦予材料高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐輻射、耐化學(xué)性及優(yōu)異阻燃性，使其在高溫氣體過(guò)濾與分離領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。本文綜述了以聚酰亞胺纖維為基體的紙基材料、膜材料及泡沫材料的制備技術(shù)，探討了聚酰亞胺纖維基氣體過(guò)濾與分離材料的最新研究進(jìn)展，并對(duì)聚酰亞胺基氣體過(guò)濾與分離材料的未來(lái)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：聚酰亞胺纖維；氣體過(guò)濾與分離；耐高溫；紙基材料

中圖分類號(hào)：TS7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 03. 005

冶金、鋼鐵、水泥、電力等工業(yè)大量排放的細(xì)微粉塵顆粒污染物（PM），在大氣中與有毒物質(zhì)結(jié)合易形成毒性霧霾[1]，不僅影響著人類的生活環(huán)境，還威脅著人類的身體健康，已成為國(guó)際社會(huì)共同關(guān)注的問(wèn)題[2]。通常，PM是由各種揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)、粉塵和液滴組成，涵蓋無(wú)機(jī)成分（如硅酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等） 和有機(jī)成分（如有機(jī)碳等） [3]，這些復(fù)雜成分顯著降低了空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度，對(duì)氣候和生態(tài)系統(tǒng)均產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。由于PM2.5體積小，攜帶大量有毒化合物，可以穿透人體的支氣管和肺部，對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]。因此，開(kāi)發(fā)低成本、壽命長(zhǎng)、耐高溫的空氣過(guò)濾材料成為我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域亟待解決的重要課題，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量、綠色可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。然而，由于PM體積小，其組成、來(lái)源和演變過(guò)程復(fù)雜，且通常伴隨著酸堿、高溫等外界環(huán)境，因此，PM的控制和去除面臨巨大的挑戰(zhàn)[5]。

空氣過(guò)濾技術(shù)旨在從氣流中去除顆粒物，理想的過(guò)濾器應(yīng)能高效捕捉雜質(zhì)粒子且不妨礙空氣流通。工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的空氣凈化器（如旋風(fēng)分離器、洗滌塔、沉淀池） 可用于去除大顆粒，但對(duì)于粒徑lt;10 μm的顆粒去除效果有限。當(dāng)從氣流中高效去除粒徑1 μm或更小的顆粒時(shí)，纖維過(guò)濾器通常具有更大的優(yōu)勢(shì)[6]。目前，已知的耐高溫PM過(guò)濾與分離材料可分為2類，一類是有機(jī)纖維濾料，主要包括聚苯硫醚濾料、聚四氟乙烯濾料、間位芳綸濾料等，有機(jī)纖維濾料過(guò)濾性能好、柔韌性強(qiáng)，但存在耐氧化性差、脆性差等問(wèn)題；另一類是無(wú)機(jī)纖維濾料，主要包括玻璃纖維濾料、玄武巖纖維濾料、陶瓷濾料等，無(wú)機(jī)纖維濾料可以突破有機(jī)纖維的使用溫度極限，在耐高溫方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，且價(jià)格相對(duì)友好，但其過(guò)濾精度和產(chǎn)品耐用性往往較差[7]。

聚酰亞胺（PI） 纖維屬于典型有機(jī)纖維濾料，其分子主鏈上含有五元酰亞胺環(huán)和高密度苯環(huán)，由于苯環(huán)間具有顯著共軛效應(yīng)，主分子鏈鍵能高、分子間作用強(qiáng)，PI纖維展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性[8]，即使在高溫、高濕、強(qiáng)酸等惡劣條件下仍可以保持穩(wěn)定性，在高溫PM過(guò)濾與分離中展現(xiàn)出較好的應(yīng)用潛力。毛偉如等[9]通過(guò)改變紡絲濃度、電壓等參數(shù)，制備出具有三葉形截面的PI纖維，提高了PI纖維的比表面積和孔隙率，增強(qiáng)了其對(duì)粉塵的吸附能力。2014年，長(zhǎng)春高琦聚酰亞胺材料有限公司實(shí)現(xiàn)了PI纖維300 t/a的產(chǎn)能建設(shè)，并成功將其應(yīng)用于我國(guó)首條日產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)水泥線除塵。目前，PI纖維已廣泛應(yīng)用于鐵合金煉制、供暖設(shè)備、能源電廠鍋爐及各種廢棄物焚燒處理等多個(gè)領(lǐng)域[10]。作為典型的人工特種纖維材料，大量科研工作者聚焦PI纖維基空氣過(guò)濾與分離相關(guān)材料的研究，先后開(kāi)發(fā)出PI纖維電紡膜、PI纖維紙、PI氣凝膠的制備技術(shù)，取得了大量卓有成效的工作，本文就PI纖維基氣體過(guò)濾與分離材料的最新研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)。

1 空氣過(guò)濾與分離材料基本原理及聚酰亞胺材料

纖維過(guò)濾機(jī)制與效率機(jī)理圖如圖1所示，纖維基過(guò)濾材料的過(guò)濾機(jī)理主要包括截留、慣性撞擊、布朗擴(kuò)散、靜電吸附和重力效應(yīng)，機(jī)械過(guò)濾效率是這些捕集機(jī)制綜合作用的結(jié)果，過(guò)濾效率的高低主要取決于顆粒的大小、氣流速度和纖維直徑的大小[11-12]。

1） 截留：由于纖維過(guò)濾材料中纖維的不規(guī)則排列，氣流中微細(xì)顆粒的流向難以保持直線，因而粒徑0.1～1 μm的小顆粒主要通過(guò)截留機(jī)制被捕集，且截留的捕集量隨著粒徑的增大而增大[13-15]。

2） 慣性撞擊：由于空氣過(guò)濾材料中纖維的復(fù)雜排列，當(dāng)氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，細(xì)小微粒在慣性作用下偏離并撞擊沉積在纖維上，對(duì)于粒徑0.3～1 μm的較大顆粒，慣性撞擊成為主要的捕集機(jī)制[13-15]。

3） 布朗擴(kuò)散：粒徑≤1 μm的顆粒常表現(xiàn)出明顯的布朗運(yùn)動(dòng)，且粒徑越小，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)越顯著；而布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致氣溶膠粒子偏離其流線[15]，使其與纖維發(fā)生碰撞，進(jìn)一步導(dǎo)致顆粒被捕集[13-14]。

4） 靜電吸附：若粒子和纖維中有1個(gè)帶電或2個(gè)均帶電，則二者之間產(chǎn)生的靜電相互作用會(huì)改變粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡[14]，從而吸引粒子沉積到纖維表面。

5） 重力效應(yīng)：對(duì)大多數(shù)顆粒，重力效應(yīng)對(duì)其捕集的影響較小，當(dāng)粒徑lt;0.5 μm時(shí)，則可忽略不計(jì)[11，13-14]。

作為纖維過(guò)濾器的核心元件，濾料的選擇極大影響著過(guò)濾器的使用壽命及過(guò)濾效率[16]。PI是具有酰亞胺雜環(huán)重復(fù)單元（—CO—NR—CO—） 的一類聚合物，被稱為“21世紀(jì)最有希望的工程塑料”，其高度共軛的分子鏈結(jié)構(gòu)，賦予了PI纖維高模高強(qiáng)的特性，使其成為了最佳的高溫?zé)煔膺^(guò)濾材料之一，常用于高溫?zé)煔馓幚頌V料的制備，具有對(duì)顆粒物過(guò)濾效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。此外，作為一種特種工程材料，PI還被廣泛應(yīng)用于電氣絕緣、高溫過(guò)濾、特種防護(hù)等領(lǐng)域，PI的制備機(jī)理及應(yīng)用如圖2所示。

1908年，Bogert等[17]首次報(bào)道PI的合成，PI首次進(jìn)入了科研工作者的視野。1951年，Windfoot公司使用鄰苯二胺鹽和酰基氯化物合成PI獲得專利，并實(shí)現(xiàn)了PI的第一次商業(yè)化。隨后，美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)了一系列PI材料（如1964年開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的聚均苯四甲酰亞胺模塑料） [18]。20世紀(jì)80年代后期，奧地利Lenzing化學(xué)纖維公司研制了耐熱型PI纖維（P84），并成功實(shí)現(xiàn)了高溫過(guò)濾材料的商業(yè)化生產(chǎn)[19]。2005年，韓國(guó)SKC公司建立了PI薄膜生產(chǎn)線[20]。除此之外，德國(guó)贏創(chuàng)集團(tuán)（Evonik） 和比利時(shí)索爾維公司（Solvay） 也分別在PI的纖維制造與高端涂料領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)的PI 研發(fā)歷程可追溯至20 世紀(jì)60 年代，上海合成纖維研究所作為先驅(qū)，率先采用干法紡絲工藝實(shí)現(xiàn)了PI纖維的小批量生產(chǎn)[21]。20世紀(jì)70年代中期，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春應(yīng)化所） 開(kāi)發(fā)出具有高模量、耐高溫的PI纖維，其強(qiáng)度和模量全面超過(guò)芳綸纖維，滿足了煙道氣過(guò)濾的特殊需要和部分軍工產(chǎn)品的使用要求。2011年，江蘇奧神新材料有限公司研發(fā)了PI成套生產(chǎn)設(shè)備，其生產(chǎn)研發(fā)的PI纖維可在高溫、強(qiáng)輻射條件下長(zhǎng)期使用，用作袋式除塵器濾袋，高效捕捉PM2.5顆粒。隨后，長(zhǎng)春高琦聚酰亞胺材料公司聯(lián)合長(zhǎng)春應(yīng)化所研制了PI-軼綸并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化的工業(yè)化生產(chǎn)，其過(guò)濾性能超過(guò)P84，可用作大型袋式除塵器的高溫、高端濾料[22]。

2 聚酰亞胺纖維基氣體過(guò)濾與分離材料的制備

2. 1 針刺非織造法

非織造法生產(chǎn)過(guò)濾材料不僅高效，且產(chǎn)品具有容塵量大、強(qiáng)度高、孔隙分布均勻的特點(diǎn)[23]，以PI纖維為代表的耐高溫過(guò)濾材料多采用針刺工藝制備而成。為進(jìn)一步優(yōu)化過(guò)濾性能，常采用水刺工藝對(duì)其進(jìn)行表面整理，如尚磊明等[24]以芳綸纖維氈為基底層、耐高溫非織造布為保護(hù)層，采用靜電紡絲技術(shù)將PI納米纖維紡制其間，制備得到具有三明治結(jié)構(gòu)的耐高溫納米纖維復(fù)合過(guò)濾氈，粘結(jié)強(qiáng)度超過(guò)1 000 kPa，對(duì)粒徑1～2和2.0 μm以上的NaCl氣溶膠顆粒的過(guò)濾效率分別達(dá)99.5%和100%。李艷等[25]以PI纖維與聚丙烯（PP） 纖維為原料，通過(guò)針刺非織造工藝制備過(guò)濾材料， 得出最優(yōu)制備方案為PP∶ PI 纖維質(zhì)量比為70∶30、針刺密度800 刺/cm2、針刺深度5 mm。

2. 2 濕法造紙成形工藝

濕法造紙成形工藝制備過(guò)程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，制備得到的紙基過(guò)濾材料具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且孔隙分布均勻[26]，這些優(yōu)勢(shì)使?jié)穹ㄔ旒埑尚喂に嚦蔀榱死硐脒^(guò)濾材料的制備方法之一。PI紙的制造方法是將PI纖條體在水性介質(zhì)中均勻分散得到懸濁液，通過(guò)傳統(tǒng)抄紙法和壓榨脫水后得到濕紙幅，最后經(jīng)酰亞胺化得到紙張[27]。但PI紙的濕法成形面臨著纖維分散困難、原紙強(qiáng)度低、熱酰亞胺化過(guò)程難以控制等難題。為克服上述困難，陸趙情等[28]以芳綸漿粕作為纖維黏結(jié)劑與PI纖維配抄，經(jīng)熱壓處理后得到的熔融漿粕包裹到PI纖維表面，填充紙張孔隙，從而得到了紙張結(jié)構(gòu)更致密且抗張指數(shù)更高的PI纖維紙基功能材料。Xie等[29]通過(guò)超分子組裝將金屬有機(jī)框架（MOF） 材料錨定在PI纖維上，采用濕法成形工藝制備定量60 g/m2的PI紙基過(guò)濾材料，在260 ℃的高溫條件下，PI紙基過(guò)濾材料在57.5 Pa 的低壓降下對(duì)PM0.3 的過(guò)濾效率高達(dá)93.05%（圖3）。

2. 3 靜電紡絲

靜電紡絲技術(shù)不僅制造裝置簡(jiǎn)單、工藝可控、成本低廉，且生產(chǎn)出的納米級(jí)纖維具有直徑小、比表面積大、孔隙率高、孔徑可調(diào)控等特性，是制備高效低阻過(guò)濾材料的理想工藝[30-31]。Nah 等[32]首次使用靜電紡聚酰胺酸（PAA） 溶液、亞胺化兩步法制備了PI納米纖維。Karube 等[33]以乙酸酐和三乙胺為原料，利用化學(xué)亞胺法合成可溶性聚酰亞胺，通過(guò)靜電紡絲法制備了由三維有序納米孔組成的多層PI納米纖維膜，該材料具有良好的機(jī)械性能和柔韌性，過(guò)濾性能優(yōu)良。Qiao 等[34]將靜電紡絲PI納米纖維前驅(qū)體（PAANF） 均勻分散在水中，添加三乙胺溶解部分PAANF 得到PAA 低聚物，PAANF 和PAA 低聚物的分散體經(jīng)冷凍干燥后得到PI 納米纖維氣凝膠，該材料具有極高的孔隙率（98.4%） 和多級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)PM2.5過(guò)濾效率可達(dá)99.83%，同時(shí)可保持相對(duì)較低的壓降。Xie等[35]將PAA與分解溫度低的聚合物聚丙烯腈（PAN） 混合靜電紡絲，通過(guò)熱誘導(dǎo)相分離過(guò)程制備得到的褶皺多孔PI 基納米纖維過(guò)濾器，在使用60 min后，過(guò)濾效率仍超70%（圖4）。

2. 4 冷凍干燥

冷凍干燥是制備有序多孔材料的常用方法[36]，利用其可以獲得高孔隙率、高比表面積的PI纖維過(guò)濾材料，Yue等[37]采用冷凍干燥和靜電紡絲技術(shù)，制備了可應(yīng)用于高溫過(guò)濾領(lǐng)域的聚間苯二苯甲酰胺（PMIA） 納米纖維增強(qiáng)PI 氣凝膠過(guò)濾器（PPNFA），并將PMIA納米纖維編織在PI層狀氣凝膠之間，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)PI氣凝膠過(guò)濾器的力學(xué)性能和高溫過(guò)濾性能，如圖5所示。在經(jīng)過(guò)100次壓縮循環(huán)后，PPNFA 最大壓縮應(yīng)力僅降低15%，且由于納米纖維在氣凝膠中的交錯(cuò)分割，PPNFA具有高孔隙率和高比表面積； 在300 ℃下連續(xù)加熱15 天后，PPNFA 對(duì)不同粒徑顆粒雜質(zhì)的過(guò)濾效率均保持在98%以上。

3 聚酰亞胺纖維基氣體過(guò)濾與分離材料應(yīng)用

3. 1 聚酰亞胺纖維除塵袋

袋式除塵技術(shù)是一種高效空氣凈化手段，其核心在于通過(guò)真空泵的強(qiáng)力作用將高溫含塵煙氣引至由高性能纖維制成的濾袋表面，依據(jù)濾料的物理過(guò)濾和濾料表面粉塵層形成的過(guò)濾層共同實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中特定尺寸顆粒物的有效捕捉與攔截，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的過(guò)濾與清潔處理（圖6） [38]。

除機(jī)械性能好、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性強(qiáng)、低介電性能以及耐輻射性等優(yōu)異特性外，PI纖維的三葉形截面形態(tài)使其擁有相較圓形或豆形截面纖維更大的比表面積，可以極大提高其捕集粉塵的能力，即使煙氣中含有超細(xì)粉塵，PI纖維也可有效捕集粉塵，且捕集到的粉塵均可集中于濾料表面，不易滲透至濾料內(nèi)部堵塞纖維孔隙，不僅能有效降低運(yùn)行阻力，還能有效清除粉塵。以上特性使PI纖維相較其余耐高溫過(guò)濾材料，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更加明顯[39]。

3. 2 聚酰亞胺紙基過(guò)濾材料

PI紙基過(guò)濾材料是以PI纖維為原料，通過(guò)現(xiàn)代濕法造紙技術(shù)制備成形后，再對(duì)其進(jìn)行酰亞胺化處理得到的。但由于PI纖維表面光滑鈍化，缺少化學(xué)活性基團(tuán)，傳統(tǒng)打漿處理不會(huì)使其分絲帚化[40]，因而紙張?jiān)诟稍镞^(guò)程中難以形成氫鍵結(jié)合，紙張強(qiáng)度和勻度較差。針對(duì)該問(wèn)題，魏寧[41]采用乙二胺對(duì)成品PI纖維進(jìn)行表面改性，使PI纖維表面產(chǎn)生微刻蝕，分子結(jié)構(gòu)中的酰胺基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)親水基團(tuán)的引入。研究發(fā)現(xiàn)，改性后的PI紙基材料的層間結(jié)合強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度相較未改性原紙均有一定程度的提高。

此外，Xie等[42]以對(duì)位芳綸沉析纖維作為黏結(jié)材料改善紙張強(qiáng)度，并以對(duì)位芳綸漿粕纖維構(gòu)筑微小孔徑，從而提高對(duì)微細(xì)顆粒物的過(guò)濾精度，制備流程見(jiàn)圖7（a）。PI 纖維基復(fù)合紙的性能如圖7（b）所示。由圖7（b）可知，PI/漿粕/沉析纖維配抄的紙基過(guò)濾材料相較PI/沉析纖維二者配抄的紙基過(guò)濾材料具有更高的過(guò)濾效率，但壓降也更高，當(dāng)PI纖維和芳綸沉析纖維質(zhì)量比為7∶3時(shí)，可配抄得到綜合性能優(yōu)異的紙基過(guò)濾材料，拉伸強(qiáng)度可達(dá)2.325 MPa，過(guò)濾效率達(dá)99.19%。此外，以PI纖維和芳綸沉析纖維為原料，引入多孔金屬框架化合物制備的紙基過(guò)濾材料，可在提升過(guò)濾效率和質(zhì)量因子的同時(shí)，顯著降低其過(guò)濾壓降。

3. 3 聚酰亞胺纖維納米纖維膜過(guò)濾材料

傳統(tǒng)PI濾料由于過(guò)濾效率低、過(guò)濾壓力大，難以滿足應(yīng)用需求。因此，科研工作者們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了具有更高比表面積和孔隙率的納米纖維膜材料，納米纖維膜的孔隙結(jié)構(gòu)更加均勻細(xì)密，能顯著降低塵埃顆粒堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，納米纖維膜還具有良好的自清潔能力，有助于保證其使用壽命和過(guò)濾效果。Yi等[43]采用PI/N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP） 溶液，通過(guò)靜電紡絲法成功制備了PI納米纖維膜。該技術(shù)生產(chǎn)出的高性能PI纖維具有光滑疏水的表面，納米纖維分布良好，平均纖維直徑為100～400 nm，展現(xiàn)出了優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

王亞芳[44]采用靜電紡絲技術(shù)，通過(guò)調(diào)控PAA溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制備得到了具有串珠結(jié)構(gòu)的PAA纖維薄膜，對(duì)其進(jìn)行熱酰亞胺化制得PI納米纖維薄膜。由于該P(yáng)I納米纖維薄膜具有特殊串珠結(jié)構(gòu)，氣流可環(huán)繞串珠結(jié)構(gòu)而輸出，增加了顆粒與纖維的接觸次數(shù)，從而提高過(guò)濾效率（圖8）。

3. 4 聚酰亞胺氣凝膠過(guò)濾材料

氣凝膠是一種三維多孔材料，由于其孔隙體積可達(dá)總體積的99%，使其具有大比表面積、高孔隙率、高溫穩(wěn)定性和低導(dǎo)熱系數(shù)等特點(diǎn)[45]，因此，氣凝膠也成為了過(guò)濾材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于具有PI優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度以及耐輻射性能等優(yōu)點(diǎn)，PI氣凝膠有望成為在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的理想輕質(zhì)功能材料。

Qian 等[46]在不額外使用交聯(lián)劑的情況下，通過(guò)熱誘導(dǎo)交聯(lián)制備的PI納米纖維氣凝膠具有優(yōu)異的柔韌性、超低密度、大孔隙率、優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和機(jī)械性能，使PI氣凝膠纖維在過(guò)濾材料領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展應(yīng)用潛力。Qiao 等[47] 將聚偏氟乙烯（PVDF） 引入交聯(lián)PI的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)相分離制備PI/PVDF 復(fù)合氣凝膠（圖9）。制備得到的氣凝膠可通過(guò)改變PVDF 添加量調(diào)節(jié)其孔隙結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合氣凝膠的透氣性，使其對(duì)空氣中顆粒物的過(guò)濾效率達(dá)99.8% 以上。此外，PVDF 以納米顆粒的形式填充在PI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成納米級(jí)的孔隙結(jié)構(gòu)，能有效阻止超細(xì)顆粒通過(guò)的同時(shí)，增加復(fù)合氣凝膠的疏水性，使其具有優(yōu)異的防潮性能，這也保證了PI/PVDF 復(fù)合氣凝膠作為過(guò)濾材料的使用壽命。

3. 5 其他類型

Wang等[48]將PI納米纖維靜電紡絲在碳纖維織物上，制得復(fù)合過(guò)濾器，恒定流量對(duì)其進(jìn)行25 min的連續(xù)測(cè)試后，該過(guò)濾器對(duì)PM2.5的最大過(guò)濾效率高達(dá)99.99%，最大過(guò)濾壓降為251.86 Pa，即使經(jīng)過(guò)260和300 ℃的高溫處理，該過(guò)濾材料仍能保持較高的過(guò)濾效率。Shen 等[49]通過(guò)三維重建方法結(jié)合真空過(guò)濾技術(shù)，將PI納米纖維氣凝膠與PI針刺無(wú)紡布合成后涂覆硅納米絲，制備了一種新型的3D 分層結(jié)構(gòu)PI納米纖維基空氣過(guò)濾器。以微米纖維為骨架，納米纖維基氣凝膠為分離界面，制備的梯度層次結(jié)構(gòu)過(guò)濾器（SiNFs@PI-N/MAFs） 消除了膜復(fù)合過(guò)濾器的分層，承受了高速氣流，對(duì)PM0.3的過(guò)濾效率高達(dá)92.68%。Wang等[50]采用靜電紡絲PAA溶液和熱亞?；に?，在商用PI非織造布過(guò)濾器表面涂覆PI納米纖維。以均苯四甲酸二酐（PMDA） 和4，4'-二氨基二苯醚（ODA） 為原料，通過(guò)縮聚反應(yīng)合成了PAA溶液。合成的電紡PI 納米纖維具有較高的熱穩(wěn)定性，初始分解溫度為532 ℃。隨著紡絲液黏度的增加，直徑2～3 mm 的微球變成了300～500 nm 的納米纖維。納米纖維涂層減小了孔隙尺寸，增加了小孔隙的比例， 對(duì)PM2.5 的過(guò)濾效率從81.4% 提高至97.2%。

4 結(jié)語(yǔ)及展望

聚酰亞胺（PI） 纖維基復(fù)合材料由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性，在耐高溫氣體過(guò)濾與分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但在應(yīng)用中仍存在一定問(wèn)題，如單一形態(tài)結(jié)構(gòu)的PI過(guò)濾器的過(guò)濾效率和壓降之間難以平衡。因此，新型PI纖維基空氣過(guò)濾與分離材料的開(kāi)發(fā)仍在向前推進(jìn)，可能的解決策略和發(fā)展方向如下。

1） 纖維表面處理：采用物理或化學(xué)方法對(duì)PI纖維表面進(jìn)行處理，如等離子體處理、表面接枝改性、涂層技術(shù)等，以增強(qiáng)纖維表面的活性和親水性，從而改善纖維在漿料中的分散性和纖維間的結(jié)合力，降低纖維表面的惰性，促進(jìn)纖維之間的相互作用，提高穩(wěn)定性和均勻性。

2） 復(fù)合纖維技術(shù)：將PI纖維與其他類型的纖維（如天然纖維、合成纖維或納米纖維） 進(jìn)行復(fù)合，形成復(fù)合纖維體系。通過(guò)綜合不同纖維的優(yōu)勢(shì)性能，如改善漿料的流動(dòng)性、提高紙張的柔韌性和強(qiáng)度，同時(shí)保持PI纖維的高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性。復(fù)合纖維技術(shù)還可以通過(guò)調(diào)整纖維配比和排列方式，進(jìn)一步優(yōu)化材料的整體性能。

3） 納米材料增強(qiáng)：將納米粒子（如碳納米管、石墨烯、納米氧化物等） 引入PI纖維中或涂覆在纖維表面，形成納米復(fù)合材料。納米材料的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特性可顯著增強(qiáng)納米復(fù)合材料的強(qiáng)度、模量和熱穩(wěn)定性。同時(shí)，納米材料還能增強(qiáng)PI纖維與基體之間的界面結(jié)合力，提高材料的整體穩(wěn)定性和耐久性。

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（責(zé)任編輯：宋佳翼）