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Sandwich-structured bimodal fiber/bead-on-string fiber composite membrane for comfortable PM0.3 filter

纤维 材料科学 复合数 复合材料 中空纤维膜 弦(物理) 有孔小珠 物理 化学 理论物理学 生物化学
作者
Yuchen Yang,Wenqing Wang,Meiyan Zhong,Yukui Gou,Nan Lü,Yan Cheng,Tianxue Zhu,Jianying Huang,Weilong Cai,Yuekun Lai
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:495: 153245-153245
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153245
摘要

Particulate matter (PM) pollution causes critical harm to human health and global environment. However, the protective respirators attain high-performance filtration of the most permeable PM0.3 by tight stacking of fibers and seriously compromising their wearing comfort. Herein, a fluffy sandwich-structured membrane (SSM) composed of bimodal fibrous layers and bead-on-string fibrous layer is designed to endow the air filter with both high-performance filtration and superior thermal-wet comfort. Based on the electrospinning technique, the bimodal fibers made of nano-/submicron-fibers (about 46 nm and 155 nm) are formed by inducing the jet splitting while the bead-on-string fibers consisting of submicron-fibers (≈ 120 nm) and micro-beads (≈ 3.37 μm) are prepared through manipulating the Rayleigh instability of jets. Due to the structural design of small pores and low packing density, the SSM exhibits excellent PM0.3 removal of 99.8%, low filtration resistance of 65 Pa, and high quality factor of 0.097 Pa-1. It also shows long-term filtration stability and durability under high humidity conditions. Moreover, the SSM simultaneously possesses superior thermal-wet comfort of heat dissipation, air permeability of 164 mm·s-1, and water vapor transmission of 7.6 kg·m-2·d-1. This work may offer a novel insight for exploiting high-performance and comfortable personal protective materials.
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