新开发的空气过滤器展示了在恶劣环境下的优异性能和耐久性

研究人员设计了一种能在高温高湿环境中有效过滤颗粒物的高性能复合海绵。该海绵采用环保材料制成，具有优良的机械性能，有潜力解决汽车尾气和工业废气带来的空气污染问题。

来自福州大学的研究团队于2022年10月3日在Particuology（《颗粒学报》）杂志上发表了他们的研究成果。

废气污染问题在世界各国普遍存在。来自汽车排气管道和工业烟囱的颗粒物严重影响地球环境和人类健康。比如颗粒物污染会对中枢神经系统和呼吸系统造成损害。为了解决空气污染问题，改善环境质量，科学家们一直致力于制造更好的空气过滤器，但目前开发的空气过滤器虽然在日常环境中表现良好，在高温、高湿或长时间过滤等恶劣环境下表现不佳。

为此，研究小组设计了一个三维颗粒物捕获材料，首先通过牺牲模板法制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）海绵，在海绵骨架上使用原位负载法涂覆聚多巴胺（PDA）涂层，然后利用PDA结构中的活性官能团在PDA涂层上原位生长大量沸石咪唑骨架(ZIF-8)颗粒。ZIF-8是一种金属-有机骨架材料，具有多种结构和化学可调性。金属有机骨架在气体吸附和空气过滤等领域具有良好的应用潜力。研究表明，复合海绵中丰富的孔隙提供了良好的空气流动环境，同时，ZIF-8颗粒增强了海绵的过滤性能。

研究小组在模拟工业高温环境(250摄氏度)和高湿(相对湿度90%)条件下测试了他们的海绵。结果表明复合海绵具有很强的工业应用潜力。

该团队进一步测试了复合海绵在过滤汽车尾气方面的能力。该团队利用海绵结构稳定且容易成型，可以根据需要在不同场景中使用的特点，将海绵制作成适用于汽车排气管的形状，并在模拟汽车正常运行的条件下测试其过滤性能。结果表明，复合海绵去除颗粒物的效率达到99%以上。而且，即使经过65小时的长时间过滤，复合海绵仍然具有优异的性能。

福州大学赖跃坤教授表示:“这项研究为设计能够适应恶劣环境的三维高效空气过滤器提供了新思路。”由于复合海绵具有良好的结构稳定性，也很容易成型，因此适用于从汽车尾气到工业烟囱到厨房风扇的广泛应用。

“下一步，我们的研究团队将开发能够适应更高温度的气体过滤器，并探索处理特定空气污染物成分的方法，而不仅仅局限于颗粒物过滤。”赖跃坤教授表示，通过这种方式，研究人员可能会扩展气体过滤器的应用场景，也会提高其实际应用的潜力。“我们的最终目标是实现一种可以在各种环境中使用的气体过滤器，以及具有多种功能的高效过滤材料。”

近年来，福州大学过滤团队一直致力于粘附可控界面性能的研究及其在烟尘过滤分离、纯化方面的应用。在Adv. Mater, Small, Adv. Funct. Mater., iScience, CEJ, Sep. Purif. Technol., GEE等期刊上发表多篇文章。