400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 学术动态 > 太原理工大学冯宇&南通大学葛明政:气体净化用电纺纳米纤维的合理制备及其机遇与挑战

太原理工大学冯宇&南通大学葛明政:气体净化用电纺纳米纤维的合理制备及其机遇与挑战

学术动态    2022-06-14 15:06

DOI: 10.1016/j.cej.2022.137099

 

空气作为人类生存不可或缺的物质,受到工业排放和人类生活活动等多方面的污染。在吸附/吸收材料中,具有高比表面积的电纺纳米纤维被认为是环境保护或治理的潜在候选材料,尤其是用于快速捕获气体污染物。本综述介绍了合理设计气体净化用电纺纳米纤维的最新进展。首先讨论了静电纺丝技术的发展历程和设计原理,以便清楚地了解常用技术。其次,大致总结了基于原始静电纺丝的结构设计方法及其改进方法。接着,广泛阐明了电纺纳米纤维成分、结构和性能方面的创新设计,以净化不同的气态污染物,包括NOx、CO、CO2、H2S、VOCs和SO2。最后,作者就构建从实验室水平至实际应用的高性能电纺纳米纤维所面临的挑战与机遇发表了自己的观点。

 

图1.工业、流动污染源、烹饪、动物、火山活动和野火等不同来源的空气污染物目录。

 

图2.静电纺丝纳米纤维的发展历程。

 

图3.(a)静电纺丝装置示意图。(b)从左到右,表示没有外加电压差的液滴滴落:没有形成泰勒锥。(c)泰勒锥和带电射流的形态示意图。(d)循环良好的静电纺丝射流的快照。

 

图4.(a)串珠纤维的光学图像。(b)珠状纤维的荧光图像。在RH=90%(c)、70%(d)和35%(e)条件下进行静电纺丝。(f)ysMnOx@NC的制备过程。(g,h)电纺Mn-BTC@PAN-2和ysMnOx@NC-2的TEM照片。(i)Mn-BTC@PAN-2的SEM图像。(j)同轴喷嘴;(k)零电压及(l)12.5kV下的核壳液滴。(m)同轴喷丝头的图像。(n)样品NYS的TEM图像。(o)所制备的三轴纤维的TEM图像。(p)三轴静电纺丝图。插图展示了自制的喷丝头。

 

图5.(a)中空MnO2纳米纤维的SEM、(b)TEM和(c,d)元素映射图像。(e)SnO2-CuO纳米管的TEM图像,插图为明场TEM图像。(f)三步法合成的0.3CuO/ZnO400中空纳米纤维的SEM图。(g)0.3CuO/ZnO400的TEM图像。(h)Cu@C/SiO2 NFMs的制备机理。(i)Cu@C/SiO2纤维的SEM图像。(j)NiCo-0.8@N-CNFs-800的SEM图像。(k)胶体纤维的形态。

 

图6.(a)使用化学交联静电纺丝法生产的PCNFs。(b)PCNFs的SEM图像。(c)Fe28/Ni2-NPCF的TEM图像。(d)棉-PLA/NC织物的FESEM显微照片。(e)ZnO纳米纤维的静电纺丝工艺示意图。(f)ZnO纳米纤维的高倍和低倍放大(插图)SEM图。(g)ZnO纳米纤维的TEM图像。(h)CeO2纳米纤维的低倍和高倍放大TEM图像,(k)的插图为SAED图谱。

 

图7.(a)PCNF制备示意图。(b,c)PPAN-2和PCNF-2-1000纳米纤维的FE-SEM图像。插图为其高倍放大FE-SEM图像。(d)PCNF的CO2吸附机理。(e)PCNF对CO2的选择性以及(f)循环测试。(g)同轴静电纺丝装置的示意图和CSCNF-SnO2碳纳米纤维的合成过程。(h)CSCNF-40SnO2的FE-SEM图像,插图以高分辨率显示样品的FE-SEM图像。(i)CSCNF-40SnO2的TEM图像和HR-TEM图像。(k)25℃下SnO2浓度对CNF、CSCNF、CSCNF-20SnO2和CSCNF-40SnO2的影响。(l)CSCNF-40SnO2的循环吸附能力。插图显示了CSCNF-SnO2膜从烟气中捕获CO2的过程。

 

图8.(a)CTWM膜的制备。(b,c)CTW膜的低倍和高倍放大SEM图像。(d)CTWM和CTW膜上的H2S转化率以及(e)CTWM膜的再循环性能。(f)N-PCNFs的制备示意图。(g)ZIF-8@PAN复合材料和(h,i,j)N-PCNF-1/2-800样品在不同放大倍率下的FESEM图像。(j)中的插图为N-PCNF-1/2-800的TEM图像。(k)N-PCNF-1/2-800样品的元素映射图像:(l)C、(m)N、(n)O图像。(o)N-PCNFs催化剂的饱和和穿透硫容。(p)样品的饱和硫容(QS)、pyd-pyr/tN比值和Vmic/Vtot比值之间的关系。

 

图9.(a)复合材料的合成路线示意图。Cu3(VO42@CeO2-WOX的TEM照片(b和c)。(d)样品的催化活性。(e)所制备样品的N2选择性和(f)300℃下的稳定性测试。(g)PCNFs和MCAOs-PCNFs的制备。MCAOs-PCNFs的SEM图像(h和i)。(j)MCAOs-PCNFs和(k)PCNFs上NO催化氧化的结果。

 

图10.(a)制备具有不同结构的系列Pd-InOx-CoOx纳米纤维的不同途径。系列Pd-InOx-CoOx纳米纤维的TEM图像(b,c,d)。(e)系列Pd-InOx-CoOx纳米纤维的甲苯转化(e)。Pd/InOx@CoOx在正常条件下的稳定性测试(f),在潮湿条件下的稳定性测试(f的插图)。(g)Mn3O4/HACNFs的制备步骤。(h,i)同轴电纺纳米纤维(h)在热处理之前和(i)之后的FESEM及TEM图像。(j)Mn3O4颗粒的HRTEM图像和SAED图谱(插图)。(k)不同ACNFs样品的甲苯穿透曲线。(l)不同温度下的穿透时间比较。

 

图11.(a)In2O3@Pd-Co3O4的制备方法。(b)In2O3@Pd-Co3O4、(c)Pd-Co3O4和(d)Pd-In2O3的SEM图像。(e)In2O3@Pd-Co3O4、Pd-Co3O4和In2O3的CO催化氧化活性。(f)In2O3@Pd-Co3O4的CO氧化反应机理。

 

图12.静电纺丝优缺点示意图。