近年来，随着工业化和城镇化的发展，空气污染日益加剧. 其中，空气中的微小颗粒PM2.5在空气中停留时间长、传播距离远，且可经过人体的上、下呼吸道，最后沉积在人体肺部，甚至通过肺部进入血液，对人体造成重大威胁，可引发呼吸性疾病，心脏疾病及使孕妇有早产风险 空气过滤膜能够有效去除空气中的微小颗粒，可被用作呼吸器、室内空气净化器、工业气体净化等因此，日益严重的环境问题使得人们对性能优异的空气过滤膜的需求日益加剧. 但是，传统的过滤材料纤维直径为微米级别，空隙太大不能有效地过滤空气中的微小颗粒. 研究表明，随着纤维直径的减小，材料的过滤性能逐渐增加，当纤维的直径为纳米级的时候，可显著地提高材料对PM2.5的过滤性能. 因为较小空隙及较大比表面积产生的面积效应可有效地过滤空气中的微小颗粒. 研究表明，利用静电纺丝制备的纳米纤维，因为具有高开口孔隙率、高比表面积、通透性等优异的性能，可用于制备各种高性能过滤材料.
聚丙烯腈具有优异的耐候性，在室外长时间放置依然可保持原来的强度，此外，聚丙烯腈具有优良的化学稳定性，可耐无机酸、过氧化氢及一般的有机试剂. 为了能够多次重复循环使用，所以选择静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维作为空气过滤膜. 但是聚丙烯腈作为空气滤膜，随着滤膜厚度的增加，过滤效率提高，滤膜的压降也显著增大，据论证是由于空隙率的下降导致. 纳米纤维素具有严格的尺寸和形貌、良好的生物降解性和生物相容性、高强度及弹性模量为使空气滤膜的过滤效率提高，滤膜的压降缓慢降低，我们在聚丙烯腈纺丝溶液中添加纳米纤维素，纳米纤维素具有良好的亲水性，可改善聚丙烯腈薄膜的疏水性能，能使空气流通加快，有效地降低空气滤膜的压降.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
聚丙烯腈，纯度90%，Mw=150000，西格玛生化试剂二甲基甲酰胺，含量99.5%，密度为0.945 g/mL，天津富宇精细化工有限公司. 纳米纤维素晶体水分散液，无纺布，上海西斯无纺布制品有限公司.静电纺丝设备，KG-2，济南良睿科技有限公司，热综合分析仪，SDT Q600，美国TA. 扫描电子显微镜，JSP-6700F，Philips，Holland
2 结果与讨论
2.1 纳米纤维素形貌
纳米纤维素与PAN纳米纤维形成复合薄膜，复合薄膜沉积在无纺布构成空气过滤膜.是纯PAN纤维和CNC/PAN复合纳米纤维的扫描电镜照片和其对应的尺寸分布图，纯PAN和CNC/PAN复合纳米纤维的平均直径分别为（129±14）nm和（119±12）nm，CNC/PAN复合纳米纤维的平均直径较纯的PAN纤维有所减小，这可能是电纺前驱液中添加的CNC纳米粒子降低了电纺前驱液的黏度所致
2.2 复合薄膜性能
研究复合薄膜的亲疏水性能，其中纯PAN薄膜的接触角为145°，表明PAN薄膜具有较强的疏水性. CNC/PAN复合薄膜与水的接触角为21°，证明该复合薄膜具有良好的亲水性能. 复合薄膜亲疏水性改变的主要原因是CNC表面存在大量亲水性功能团，有效地改善了复合薄膜的亲水性. 研究表明具有亲水性的空气过滤膜有利于增强过滤效率及降低空气压降，因此CNC的加入可以显著地提高复合薄膜过滤PM2.5的能力.通过空气滤膜的热重曲线可知，CNC/PAN复合过滤膜的热重曲线与PAN过滤膜的热重曲线基本相. 推测是由于CNC的含量较小对复合滤膜的失重影响不大，CNC/PAN复合过滤膜在300℃开始失重，因此可知CNC/PAN复合过滤膜具有一定的热稳定性，可应用于常温及高温环境下进行空气过滤.
3 结论
本文以CNCs和PAN为原料，采用静电纺丝法制备了CNC/PAN纳米薄膜与无纺布基底上. SEM表明了静电纺薄膜具有多孔结构，纤维直径平均（119±12）nm. 接触角测量表明CNC的加入改善了薄膜的亲水性能. 红外分析证明了体系中CNC的存在，而热重分析证明了薄膜具有一定的热稳定性. 空气过滤测试证明了该薄膜具有较高的空气过滤效率，32L/min下的过滤效率为99.67%，说明该材料具有在空气过滤膜中应用的潜能.
