DOI: 10.1016/j.memsci.2022.121006

水分管理、PM捕获和细菌抑制性能对于空气净化材料至关重要。在此，研究者通过简便的静电纺丝策略构建了具有多种功能的PVDF/PAN-CTAB纳米纤维复合膜。在迎风PAN层中加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）同时提高了膜的水分传输率、抗菌性能和PM捕获能力。通过调节纳米纤维的微观结构和不对称润湿层的厚度比来提高水分管理性能。测量了疏水-亲水界面对水滴的叠加力，以彻底研究水分定向传输行为。结果表明，所制备的PVDF/PAN-CTAB膜具有高于13kg·m-2 d-1的水蒸气传输率、超出99%的PM0.3去除率和约84Pa的低压降，以及99.99%的大肠杆菌抑制率。总体而言，该工作为工程化非对称润湿性结构以提高抗菌空气净化膜的水分管理性能铺平了道路，并为基于力学测试和分析探究定向水传输现象提供了新的科学视角。

图1.不对称润湿性膜的制备过程示意图。

图2.（a）疏水性PVDF表面和（b）亲水性PAN表面。（c）PVDF和（d）PAN的纤维（珠）直径分布。

图3.（a）疏水性PVDF和亲水性PAN膜表面以及（b）AWM-1、（c）AWM-2、（d）AWM-3、（e）AWM-4和（f）AWM-5不同表面上的液滴形态和WCA。

图4.（a）亲水性PAN膜，（b）疏水性PVDF膜，（c）AWM-1疏水表面和（d）亲水表面，（e）AWM-2、AWM-3、AWM-4、AWM-5亲水表面，以及（f）AWM-2、AWM-3、AWM-4、AWM-5疏水表面的水粘附力与距离的关系曲线。

图5.（a-b）基于Young-Laplace方程推导的疏水和亲水纤维膜可能的水分运动机制。（c-e）基于Young-Laplace方程推导的疏水-亲水复合多孔结构中的水传输机制。

图6.（a）AWM-1、AWM-2、AWM-3、AWM-4和AWM-5的孔径分布，（b）气体通量，（c）孔隙率，和（d）WVTR。

图7.AWM-1、AWM-2、AWM-3、AWM-4和AWM-5的（a）过滤效率和（b）品质因数。

图8.PAN-CTAB层的形态和化学成分。（a）PAN-CTAB-0.05、（b）PAN-CTAB-0.10、（c）PAN-CTAB-0.20和（d）PAN-CTAB-0.40的SEM图像。（e）具有各种CTAB浓度的PAN-CTAB层的XRD图谱和（f）FTIR。

图9.（a）空白对照组、（b）PAN、（c）PAN-CTAB-0.05、（d）PAN-CTAB-0.10、（e）PAN-CTAB-0.20、（f）PAN-CTAB-0.40、（g）PVDF和（h）PVDF/PAN-CTAB琼脂培养皿上的大肠杆菌菌落照片。

图10.（a）PAN和（b）PAN-CTAB膜表面大肠杆菌的SEM图像，以及（c）CTAB的抗菌机制。

图11.具有吸湿排汗、气溶胶捕获和抗菌能力的PVDF/PAN-CTAB膜用于空气净化的示意图。

图12.PVDF/PAN-CTAB膜、一次性医用口罩（样本1）、3M N95口罩（样本2）和防护服纺织品（样本3）的水分管理能力。置于a）PVDF表面和b）PAN-CTAB表面上的水滴的数码照片。c）PVDF/PAN-CTAB和商用空气净化材料的气体渗透率以及d）WVTR。

图13.PVDF/PAN-CTAB膜、一次性医用口罩（样本1）、3M N95口罩（样本2）和防护服纺织品（样本3）的PM过滤性能。（a）对0.3、0.5、1.0和2.5μm尺寸的PM的过滤效率以及（b）压降和Qf；（c）使用PVDF/PAN-CTAB膜过滤时的进出口颗粒（