编辑推荐：
可降解双尺度纤维薄膜通过溶液吹喷法制备，实现PM0.3高效过滤（95.67%）与低压降（122.6 Pa），兼具亲水性和快速降解特性。
田贵超|卢振燕|刘家梅|李家鑫|翟亚玲|贾超|朱美芳
中国东华大学材料科学与工程学院先进纤维材料国家重点实验室，上海201620
摘要
高渗透性的颗粒物能够携带细菌和其他有害物质，对人类健康构成严重威胁。空气过滤材料在减轻此类空气颗粒污染方面非常有效，但大多数商用过滤器由不可降解的聚合物制成，导致废弃后对环境造成巨大负担。本文介绍了一种由聚羟基烷酸酯（PHA）和聚己内酯（PCL）组成的可生物降解双尺度纤维膜，通过溶液吹塑法制备而成。这种独特的微观结构源于PHA和PCL之间的液-液相分离以及粘弹性不匹配。优化后的纤维膜表现出优异的过滤性能，在气流速度为5.3 cm/s时，对PM0.3的过滤效率达到95.67%，压降为122.6 Pa。此外，该膜还具有良好的疏水性和快速生物降解性，显示出作为传统不可降解空气过滤器的可持续替代品的巨大潜力。
引言
快速的工业化和城市化导致了来自工业排放、车辆尾气和家庭活动的空气污染日益严重。在各种污染物中，以颗粒物（PMs）为主的雾霾已成为全球性问题，对空气质量、生态稳定性和人类健康构成严重威胁[1]、[2]、[3]。直径≤0.3 μm的细颗粒（PM0.3）尤其令人担忧，因为它们能够深入呼吸系统，并作为有毒化学物质和病原微生物的载体，从而增加呼吸系统疾病、心血管疾病以及癌症的风险[4]、[5]、[6]。此外，PM通常含有花粉、真菌孢子和过敏原等生物活性成分，可能引发鼻炎和哮喘等过敏性疾病[7]、[8]、[9]。因此，迫切需要开发能够有效过滤空气颗粒污染物的防护材料和设备。
由于纤维具有高孔隙率、大比表面积和可调的纤维直径，因此它们在捕获空气中的PMs方面非常有效[9]、[10]。制备纤维过滤器最常用的方法包括静电纺丝、溶液吹塑和熔融吹塑。使用这些方法制备的大多数纤维过滤器都是不可降解的，使用后通常通过填埋或焚烧处理，从而对环境造成巨大负担[11]、[12]。因此，基于可生物降解聚合物的空气过滤器的开发已成为一个重要的研究方向。
双尺度纤维膜——结合了形成气流通道的粗纤维以降低压降和增强颗粒捕获效率的细纤维——代表了一种有前景的设计策略[13]。已经使用静电纺丝和溶液吹塑制备了许多高性能的双尺度过滤器[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。与静电纺丝相比，溶液吹塑的产量显著更高[10]。然而，关于通过溶液吹塑制备双尺度可生物降解空气过滤器的研究仍然很少。
在这项研究中，我们开发了一种简单高效的一步法溶液吹塑工艺来制备双尺度PHA/PCL纤维膜。所得到的膜由微纤维（1.66 μm）和纳米纤维（0.46 μm）交织而成，这种双尺度结构归因于PHA和PCL之间的液-液相分离以及粘弹性不匹配。优化后的纤维膜表现出优异的过滤性能，在气流速度为5.3 cm/s时，对PM0.3的过滤效率达到95.67%，压降为122.6 Pa。此外，该膜还具有很强的疏水性和快速生物降解性。与大多数报道的可生物降解纤维过滤器相比，这些膜具有可控的双尺度结构、更快的降解速率和可调的机械性能。这些结果表明，双尺度PHA/PCL纤维膜是个人防护装备的理想材料，为传统不可降解过滤介质提供了一种环保的替代方案。
材料与化学品
聚(3-羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯)（PHA，Mn = 300 kDa）购自Medpha Biotechnology Co., Ltd.（中国珠海）。聚(ε-己内酯)（PCL，Mn = 50 kDa）购自Perstorp AB（瑞典马尔默）。二氯甲烷（DCM）、磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.2）和无水乙醇由Titan Technology Co., Ltd.（中国上海）提供。脂肪酶购自Meryl Biotechnology Co., Ltd.（中国上海）。所有化学品和聚合物均按原样使用，无需进一步处理。
PHA/PCL纤维膜的制备
为了制备可生物降解的高效过滤材料，选择了PHA和PCL作为基质聚合物。PHA是细菌合成的脂肪族聚酯，可以从多种可再生碳源（包括葡萄糖、甘油和木质纤维素生物质）中生产。它们在土壤、淡水和海洋系统等多种富含微生物的环境中完全可生物降解，使其成为传统石油基塑料的有希望的替代品[22]
结论
在这项研究中，通过一步法溶液吹塑工艺成功制备了由PHA和PCL组成的可生物降解双尺度纤维膜。这种独特的微观结构源于PHA和PCL之间的液-液相分离以及粘弹性不匹配，由连续的微纤维（1.66 μm）和纳米纤维（0.46 μm）构成。优化后的膜表现出优异的过滤性能，在气流速度为5.3 cm/s时，对PM0.3的过滤效率达到95.67%，压降较低。
作者贡献声明
卢振燕：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。田贵超：撰写 – 初稿撰写，可视化处理，验证，方法学研究，数据分析，概念构思。贾超：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源协调，项目管理，资金获取，数据管理，概念构思。翟亚玲：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。李家鑫：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。刘家梅：撰写 – 审稿与
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFB3804204）和中央高校基本科研业务费（2232022D-04）的支持。
