乙基纤维素基纳米纤维膜的绿色高效静电纺丝：高性能抗菌空气过滤材料的创新设计

为解决石油基空气过滤膜难降解、传统制备工艺高污染的问题，研究人员通过绿色静电纺丝技术将乙基纤维素(EC)、魔芋葡甘聚糖(KGM)和姜黄素(Cur)复合，开发出兼具双模态纤维结构（bimodal fibers）和>99.6%抗菌活性的全生物基膜，其品质因子达0.101?Pa?1 ，生产效率提升14.73倍，为可持续空气过滤系统提供新方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，大气颗粒物污染引发的呼吸系统和心血管疾病日益严重。传统石油基空气过滤膜虽性能优异，却存在难降解、溶剂毒性高等环境问题。更棘手的是，空气中细菌和病毒等病原体威胁人类健康，亟需开发兼具高效过滤和抗菌功能的可持续材料。乙基纤维素(EC)作为一种生物可降解的纤维素衍生物，因其优异的机械性能和溶液稳定性成为理想候选，但如何在不破坏其独特双模态纤维结构（bimodal fibers，由粗细纤维混合构成，细纤维负责过滤、粗纤维提供气流通道）的前提下实现功能化，仍是重大挑战。

针对这一难题，中国研究人员在《Carbohydrate Polymers》发表论文，提出基于"最小干扰控制策略"的EC功能化方案。通过将EC与魔芋葡甘聚糖(KGM)和姜黄素(Cur)复合，采用绿色溶剂（仅乙醇和水）一步法静电纺丝，成功制备出EC/KGM/Cur纳米纤维膜。研究运用红外光谱分析氢键相互作用，通过扫描电镜观察纤维形貌，并测试了膜的过滤效率、压降、抗菌活性等性能。规模化生产采用鞘气辅助技术提升效率。

材料设计与制备
通过对比KGM、Cur和白藜芦醇(RV)的氢键能力，筛选出对EC双模态纤维形成干扰最小的KGM/Cur组合。实验证实该组合能保留EC的纤维双峰分布，其品质因子达0.101?Pa^?1
，远优于传统单峰结构。

抗菌性能
KGM通过破坏细菌细胞膜、Cur通过抑制群体感应，协同作用使膜对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌率>99.6%，较纯EC膜提升显著。

规模化生产
鞘气辅助静电纺丝技术使生产效率提升14.73倍，单日产量达10.8?g/h，证实该技术具备产业化潜力。

综合性能
膜的热稳定性（热分解温度>280?°C）、力学性能（拉伸强度12.7?MPa）和疏水性（接触角138°）均满足实用需求，且生物降解率6周达76%。

该研究创新性地提出"最小干扰"功能化策略，首次实现EC基双模态纤维膜的高效抗菌功能化。其环境友好特性（全生物基材料+绿色溶剂）与规模化生产能力，为应对能源环境危机和公共卫生挑战提供双重解决方案。膜的特殊双峰结构通过滑移效应（slip effect）在低压降下保持高过滤效率，突破传统过滤材料的性能瓶颈。研究不仅推动生物基材料在空气过滤领域的应用，也为其他功能性纤维材料的开发提供新思路。