[Small] 聚多巴胺还有这功能！！！强强联合空气过滤器新突破

通讯作者：莫金汉；徐桂银；李巨

通讯单位：清华大学；美国麻省理工大学

空气中的颗粒物（PM）对人们的健康构成严重威胁，室内和车辆环境需要有效的过滤。衡量过滤器性能主要有三个指标：过滤效率—除去颗粒物的数量占颗粒物总数量的百分比；空气阻力—空气透过滤材时产生的压强损失；使用寿命—使用时间的长短。然而，过滤效率、空气阻力和使用寿命之间存在着矛盾和冲突。

最近，美国麻省理工大学李巨教授、徐桂银博士、清华大学莫金汉教授和东华大学朱美芳院士合作开发出一种两级静电辅助空气（EAA）过滤装置解决了这个问题。在本研究中，通过原位聚合在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）粗颗粒上涂上一层薄薄的聚多巴胺（PDA）显着同时提高了过滤效率-空气阻力-过滤器的使用寿命。相关工作已“Ultralow Resistance Two-Stage Electrostatically Assisted Air Filtration by Polydopamine Coated PET Coarse Filter”为题发表在Small上并在Inside Back Cover上展示。

图1. 空气过滤器结构示意图：PM：空气污染颗粒物；EAA：静电增强。

图2. 裸PET和PDA@PET过滤器的制备方法和形貌：（a）通过原位聚合涂层制备PDA@PET过滤器的示意图；具有不同前体添加量的裸PET和PDA@PET过滤器（b）的图像和（c）的SEM图像。比例尺：（b）20 mm（c）50 μm。

通过原位多巴胺聚合辅助，8 mm厚的EAA PDA-140@PET过滤器对0.3 μm颗粒的过滤效率为99.48%；在过滤速率为0.4 m s-1时，空气阻力低至9.5 Pa；并且性能稳定能达30 d。与裸PET过滤器相比，0.3 μm颗粒的渗透率降低了20倍。涂覆的PDA为亚微米厚度，10-3×过滤纤维之间的间隙距离，因此可以保持较低的空气阻力。在30天的长期测试中，该过滤器显示出稳定的高过滤效率和可接受的空气阻力增加，并且可以容纳几乎与其自身重量一样多的颗粒。最后研究人员研究了EAA粗滤器的工作机理，提出了材料设计标准。

图3. EAA裸PET和PDA-140@PET过滤器的过滤性能。EAA PET和PDA-140@PET过滤器在（a）0.3 µm颗粒的单通道过滤效率和（b）空气过滤速度为0.4到4 m s-1时的空气阻力的比较；（c）EAA PDA-140@PET过滤器对0.3-1µm颗粒的长期单通过滤效率。

图4. PDA-20@PET和PDA-200@PET过滤器运行30天前后的图片。

参考文献：

Enze Tian, Qipeng Yu, Yilun Gao, Hua Wang, ChaoWang, Yinping Zhang, Baohua Li, Meifang Zhu, Jinhan Mo, Guiyin Xu, Ju Li, Ultralow Resistance Two-Stage Electrostatically Assisted Air Filtration by Polydopamine Coated PET Coarse Filter, Small, 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202102051.