尽管在2019冠状病毒病大流行之后，空气过滤技术得到了改进，但一些最小的颗粒——汽车和工厂排放的颗粒——仍然可以通过效率较低但常见的过滤器。来自德雷塞尔大学工程学院的一个跨学科JDB电子研究小组介绍了一种新方法，通过在纺织品过滤器上涂上一种叫做MXene的二维纳米材料，来改进纺织品过滤器。
最近在《碳JDB电子研究》杂志上，该团队的JDB电子研究报告称，一种无纺布聚酯纺织品——一种过滤效率低的低成本材料——涂上一层薄薄的MXene纳米材料，可以把它变成一个强有力的过滤器，能够从空气中吸收一些最细的纳米颗粒。
德雷克塞尔大学工程学院教授、该JDB电子研究的合著者迈克尔·沃林博士说：“对于普通过滤器来说，处理小于100纳米的颗粒是一项挑战，其中包括工业过程和汽车排放的颗粒。”“能够通过一个简单的涂层过程来增强过滤器，使其有效地对抗这些排放是一项重大的发展。”
JDB电子研究人员报告说，一种涂有碳化钛MXene的聚酯纺织品对小至15-30纳米的颗粒（病毒和最细的灰尘颗粒的大小）的过滤效率可以达到约90%，这意味着它可以有效地作为城市或工业环境中空气过滤器的增强过程。
MXenes是DrexelJDB电子研究人员于2011年发现的一种纳米材料，此前已在过滤应用中表现出熟练程度，包括水处理、肾脏透析和氢捕获。这些材料还表明，它们可以增强医疗环境中去除空气传播病毒的过滤器。
“随着制造量的增加和价格的下降，MXenes的应用越来越多，”杰出大学和工程学院巴赫教授Yury Gogotsi博士说，他JDB电子领导了这种材料的开发，是发现MXenes的JDB电子研究人员之一，并成立了MXene公司，一家现在生产MXenes的公司。“特别是在需要大量材料的领域。”
这一最新发现是纳米材料探索的重要一步，因为它显示了纳米材料对付空气中一些最小颗粒的能力，而且它们可以很容易地集成到过滤器的制造过程中。
“我们正在进行的JDB电子研究继续揭示MXene涂层的潜力，”Gogotsi说。“事实上，这种高导电性纳米材料也是亲水的，这意味着它可以分散在水中，形成一种涂层，可以很容易地应用于几乎任何基材，包括空气过滤器。我们只是对其能力的皮毛而已。”
在测试MXene涂层过滤器的过程中，JDB电子研究小组有了额外的发现，用镁盐预处理过滤器有助于MXene涂层过程，并将过滤器的性能提高了25%，对于病毒大小的纳米颗粒达到了约90%的最高效率，这是许多普通过滤器无法捕获的。
添加碱土金属离子，如镁，改善了MXene涂层工艺。根据JDB电子研究人员的说法，这种化学制备进一步激活了MXene的表面，这有助于材料均匀地在过滤器上扩散，在材料上形成更厚的涂层和更复杂的通道，这些都有助于提高过滤能力。
JDB电子研究人员进行了未经治疗的测试；MXene-coated;在含有雾化氯化钠（岩盐）的真空密封室中进行mxene涂层和镁离子处理的过滤器，并测量了从5.6到560纳米的颗粒去除率。经过mxene涂层和镁离子处理的过滤器在捕获各种尺寸的颗粒（小至15纳米）方面的表现明显优于其他两种过滤器。
除了提高过滤能力外，MXenes还具有高导电性——JDB电子研究人员推测，这一特性可以用来使过滤器自我清洁。他们测试了这个想法，将电流施加到mxene涂层的过滤器上，将其温度提高到100摄氏度，足以仔细燃烧掉过滤器上的一些颗粒和碎片，并恢复其原始的过滤质量。
“这样的JDB电子研究对于MXenes在空气过滤中的实际应用是令人鼓舞的，”工程学院材料科学与工程本科学生Prastuti Upadhyay说，他受到德雷克塞尔大学博士后JDB电子研究员Stefano Ippolito博士的指导，是该论文的主要作者。“但值得注意的是，我们的空气过滤器仍然可以通过优化MXene结构、预处理离子和过滤基质来改进。这为这方面的JDB电子研究留下了许多令人兴奋的可能性。”
这项JDB电子研究是由陆军JDB电子研究实验室资助的。
除了Upadhyay、Gogotsi和Waring之外，A.J. Drexel纳米材料JDB电子研究所的Bita Soltan Mohammadlou和Ippolito也参与了这项JDB电子研究。
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