静电响应增强型三维编织纤维过滤器：建筑通风系统中长效低阻颗粒物去除新策略

针对建筑通风系统中纤维过滤器高能耗与效率难以兼顾的问题，研究人员通过聚多巴胺（PDA）改性三维编织PET纤维基底，结合碳刷离子化器开发静电响应增强（ERE）系统。该系统在2.0 m/s风速下实现过滤效率翻倍（压降仅32 Pa），并提升至中效过滤器等级，且可清洗重复使用，为可持续空气净化提供创新解决方案。

　　

建筑通风系统中的颗粒物污染控制一直是公共卫生和能源消耗的双重挑战。PM_2.5（空气动力学直径≤2.5 μm的颗粒物）因其长期悬浮特性，与心血管疾病、呼吸道疾病等健康风险密切相关。传统纤维过滤器虽广泛应用，但中高效过滤器导致的能耗可占建筑总能耗20%，且机械过滤与静电吸附难以协同优化。尤其在高湿度、有机溶剂环境下，现有静电驻极体纤维易发生电荷衰减，严重制约其使用寿命。

针对这一系列问题，中国的研究团队在《Powder Technology》发表研究，创新性地将纺织工程与材料科学交叉融合。通过聚多巴胺（PDA）对三维编织聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）纤维进行表面改性，并耦合碳刷离子化技术，构建出静电响应增强（ERE）过滤系统。该系统突破性地将原始粗效三维过滤器提升三个等级至中效水平，在2.0 m/s风速下实现效率倍增而压降仅32 Pa，且经清洗后性能稳定如初。

关键技术方法包括：1）采用特殊针织机构造三维间隔织物，其18倍于非织造布的透气性奠定低阻基础；2）基于Tris缓冲溶液中的PDA自聚合反应，在纤维表面构建纳米级簇状涂层；3）集成碳刷离子化装置实现颗粒物预带电；4）通过气溶胶粒径谱仪和压差传感器量化过滤性能。

研究结果
Theoretical analysis
通过建立电荷诱导-库仑吸引理论模型，阐明带电颗粒在PDA改性纤维表面的捕获机制。计算显示离子化使0.3 μm颗粒物沉积效率提升47%，验证静电协同效应的关键作用。

Preparation of filter media
优化PDA沉积时间发现，5小时改性（PDA-5@3D）的纤维表面形成均匀纳米片层结构，接触角从原始PET的115°降至52°，显著增强颗粒物粘附能力。

Characteristics of PDA@3D filter
X射线光电子能谱（XPS）证实PDA涂层引入大量含氧/氮极性基团，表面电位从-15 mV升至-210 mV。加速老化实验表明改性纤维在85%湿度下电荷保持率超90%，远超传统驻极体材料。

Conclusions
该研究开创性地将可清洗三维织物引入静电增强过滤领域。PDA改性不仅提升纤维介电常数，其仿生粘附特性更确保涂层经10次洗涤仍保持完整。ERE系统在实际通风工况下运行28天，PM_2.5平均去除率达96.3%，能耗较传统中效过滤器降低62%。

这项研究为建筑通风系统提供了革命性的颗粒物控制方案：三维编织结构赋予过滤器机械耐久性，PDA化学修饰实现静电性能长效稳定，离子化技术强化颗粒捕获动力学。其技术路线既解决非织造布不可重复使用的痛点，又突破静电过滤对环境敏感的限制，为"双碳"目标下的绿色建筑装备升级提供关键技术支撑。