Ultralight Electrospun Composite Filters with Vertical Ternary Spatial Network for High‐Performance PM0.3 Purification

材料科学 纳米纤维 静电纺丝 复合数 制作 三元运算 能源消耗 多孔性 复合材料 计算机科学 聚合物 程序设计语言 医学 生态学 替代医学 病理 生物
作者
Mengjuan Zhou,Songlin Zhang,Hongyu Guo,Xinchang Zhou,Jinhao Xu,Qingliang Luo,Xiangshun Li,Qingli Xu,Chengdong Xiong,Liming Wang,Jintu Fan,Xiaohong Qin,Swee Ching Tan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419389
摘要

Abstract Air pollutants, particularly highly permeable particulate matter (PM), threaten public health and environmental sustainability due to extensive filter media consumption. Existing melt‐blown nonwoven filters struggle with PM 0.3 removal, energy consumption, and disposal burdens. Here, an ultralight composite filter with a vertical ternary spatial network (TSN) structure that saves ≈98% of raw material usage and reduces fabrication time by 99.4%, while simultaneously achieving high‐efficiency PM 0.3 removal (≥99.92%), eco‐friendly regeneration (near‐zero energy consumption), and enhanced wearing comfort (breathability >80 mm s⁻¹, infrared transmittance >85%), is reported. The TSN filter consists of a hybrid layer of microspheres (average diameter ≈1 µm)/superfine nanofibers (≈20 nm) sandwiched between two nanofiber scaffolds (diameter ≈400 nm and ≈100 nm). This arrangement offers high porosity (≈85%), ultralow areal density (<1 g m −2 ), alow airflow resistance (<90 Pa), guaranteeing superb thermal comfort. Notably, utilizing scalable one‐step free surface electrospinning technology, TSN mats can be mass‐produced at a rate of 60 meters per hour (width of 1.6 meters), which is critical and verified for various applications including window screens, individual respiratory protectors, and dust collectors. This work provides a viable strategy for designing high‐performance nanofiber filter media through structural regulation in a scalable, cost‐effective, and sustainable way.

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