Small Methods: 雾霾防治新材料:机理、进展及展望

现今,科技发展与工业进步给人类带来了更加便捷高效的生活,但同时也对环境造成了极大的污染。雾霾,这一由气溶胶颗粒物引发的大气污染现象,正以雷霆之势侵蚀我们的蓝天,威胁我们的健康,恰似悬于公众健康之上的达摩克利斯之剑,高效治理,势在必行。源头控制与后端净化是解决这一问题的两种有效途径。源头控制需要对颗粒物进行成分谱分析及源解析,是一项复杂的系统工程,更适合从宏观尺度上改善大气环境,短期内难见显著成效。个人健康安全防护等技术与百姓的生活更加息息相关,利用后端净化,即采用过滤材料进行空气净化是应对颗粒物污染更便捷、更高效的手段。但是这些材料究竟由什么组成?它们又是如何净化空气的呢?这篇文章带我们一探究竟。

高品质的过滤材料应兼具较高的过滤效率和较好的透气性,然而这两个因素常呈鱼与熊掌之势,难以兼得。除此之外,重量、热稳定性和舒适度等都是评价过滤材料是否具有良好用户体验的重要标准。近日,天津大学杨全红教授团队在Small Methods上发表评述论文,系统总结了颗粒物拦截材料的最新研究进展,并提出高效拦截材料的设计原则及发展方向。该文章总结了近年来拦截材料的研究热点,包括种类丰富的高分子材料、高比表面积的碳材料、具有抗菌活性的金属材料、具有杀毒作用的MOF材料、耐高温的金属氧化物材料以及质量较轻的蚕丝材料。文章讨论了两种拦截机制,一种是“被动”拦截机制,即材料充当“障碍物”阻隔颗粒运动路径,基于这种拦截机制的材料通常依赖极小尺寸的孔隙紧密排布来实现优异的过滤效果,制备工艺简单且成本较低,但随之而来的高气阻极大降低了材料的透气性;另一种是“主动”捕获机制,即利用材料与颗粒物间的作用力来捕获颗粒物,如静电力、库仑力,基于此拦截机制的材料自身拦截能力强,使得材料厚度降低、孔径尺寸减小、透气性增强,但材料选择性小且成本较高。拦截机制的分析对于在不同环境中选择合适的过滤材料具有非常重要的意义。

随着研究的不断深入,粒径更小的颗粒物,如活性更高、在大气中停留时间更长、输送距离更远的PM1.0,针对它的防护应该作为未来颗粒物拦截材料的研究重点。同时,高拦截率、低风阻和多功能集成的拦截材料应是未来发展的重点,比如构建具有层次孔结构的多孔过滤材料;对材料进行表面修饰或结合不同材料,使其兼具两种拦截机制;针对不同环境需求对材料进行杀菌、除臭、降温、保湿等多功能化设计。

这篇评述论文对颗粒污染物拦截材料的设计与构建进行了系统的总结,将材料的拦截机制进行了分类。同时,也对拦截材料相关研究提出了建议与展望,为其注入了新的活力,对推动空气净化材料的发展具有重要意义。该工作发表在Small Methods (Advanced Materials for Capturing Particulate Matter: Progress and Perspectives. 2018DOI: 10.1002/smtd.201800012)上。

 

Speak Your Mind

*