从不同来源的聚苯乙烯（EPS）废料中电纺纳米纤维及其作为潜在空气过滤介质的表征

DOI：10.1016/j.wasman.2019.12.017

本文报道了使用静电纺丝技术从各种来源的泡沫聚苯乙烯（EPS）废料制备纳米纤维膜及其在空气过滤介质中的应用。滤膜由四种EPS废物来源制成，即食品包装、EPS工艺、方便面杯和电子包装。比较了由这些来源制成的膜的性能，以获得用于空气滤池应用的最佳EPS废物来源。为了制备前驱体溶液，将这些样品以15、20和25 wt％的浓度溶解在d-柠檬烯：DMF中。测量了固体EPS密度、溶液粘度和表面张力。用扫描电子显微镜（SEM）对每种EPS的纤维直径和形貌进行了表征。对膜的结晶度、润湿性、机械强度和过滤性能（压降、PM2.5过滤效率、品质因数）进行了全面的表征和分析。从具有疏水性至超疏水性表面（水接触角范围为106至153°）的所有样品中获得具有各种形态（珠状、起皱和光滑的纤维）的均质纤维直径。另外，EPS固体密度对溶液粘度的影响为ŋ=0.132ρ^0.29，进而影响膜的填充密度、孔隙率和力学性能。总体而言，实验结果表明，所有EPS纳米纤维过滤器都具有作为空气过滤器介质的巨大潜力。由食品包装废料制成的EPS过滤器的溶液浓度为15 wt％，其最高效率和品质因数分别为99.99％和0.15 Pa^-1。

图1.EPS纳米纤维合成工艺示意图。

图2.每种电纺EPS纳米纤维（a-d）和获得的纤维形貌（e-g）的SEM图像。

图3.（a）溶液粘度与纤维直径的关系，（b）溶液浓度与粘度的关系，（c）溶液浓度与纤维直径的关系，以及（d）固体EPS密度与溶液粘度的关系。

图4.（a）所有样品的EPS块和垫子的FTIR和（b）XRD光谱，以及（c）水接触角测量，图例（■：EPS1，●：EPS2，▲：EPS3，▼：EPS 4，–：线性拟合，斜率为-0.028，◆：PAN，◄：PAN/FPU，►：PCL）。

图5.EPS纳米纤维膜的机械强度试验表明：（a）拉伸强度与应变曲线；（b）UTS、杨氏模量和韧性与EPS样品密度；（c）UTS与纤维直径；（d）杨氏模量与纤维直径。

图6.（a）纺丝时间对EPS纳米纤维垫厚度的影响，（b）浓度对孔隙率的影响，（c）厚度对压降的影响。

图7.（a）过滤机理和涂层形成的SEM图像，（b）PM_2.5过滤效率和（c）质量因子对EPS过滤器的EPS纤维直径的影响。