Investigating the Influence of Metal–Organic Framework Loading on the Filtration Performance of Electrospun Nanofiber Air Filters

聚丙烯腈 材料科学 纳米纤维 过滤(数学) 静电纺丝 咪唑酯 化学工程 粒径 粒子(生态学) 复合材料 聚合物 数学 统计 海洋学 地质学 工程类
作者
Zhuolun Niu,Can Xiao,Jinhan Mo,Li Zhang,Chun Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (23): 27096-27106 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06808
摘要

Integrating metal-organic frameworks (MOFs) into electrospun nanofiber filters has become an effective method for improving particle filtration efficiency. This study hypothesized that there is an optimal amount of MOFs that can be integrated into electrospun nanofiber filters to achieve the maximum particle removal efficiency while minimizing the corresponding MOF synthesis time. To test the hypothesis, this study systematically explored the influence of the time-dependent in situ growing process of zeolitic imidazolate framework-67 (ZIF-67), a typical type of MOFs, on the filtration performance of polyacrylonitrile (PAN) electrospun nanofibers. The results show that the surface morphology and chemical composition of the PAN/ZIF-67 hybrid nanofiber filters gradually changed with the reaction time. For PAN/ZIF-67 hybrid nanofiber filters with relatively low initial PM0.3-0.4 filtration efficiency, a reaction time of only 5 min was sufficient for the synthesis of the amount of ZIF-67 that maximized the PM0.3-0.4 filtration efficiency. However, for thick filters with high original PM0.3-0.4 filtration efficiency (>90%), the integration of ZIF-67 was not necessary, because the efficiency enhancement would not be significant. In addition, the enhancement of filtration efficiency for ultrafine particles was positively correlated with the amount of incorporated ZIF-67. In summary, this study shortened the synthesis time of the in situ incorporation of MOFs into electrospun nanofiber filters from more than 10 h (reported in the literature) to only 5 min.
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