ZIF-67/PAN纳米复合纤维膜：甲醛吸附、抗菌与食品包装的多功能创新与应用

本研究针对MOFs材料易碎难回收及传统电纺技术安全性差、效率低的问题，开发了ZIF-67/PAN纳米复合纤维膜。通过溶液吹纺技术成功制备出兼具高比表面积（330.16 m2/g）和优异孔隙结构的柔性薄膜，实现了对甲醛的高效吸附（去除率>99%）、广谱抗菌（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率>99%）及草莓保鲜（10天腐烂率降低至44.63%）等多功能集成。该膜同时具备98%以上的PM过滤效率、83.47的UPF抗紫外值和828.86 mm/s的透气性，为空气过滤、个人防护和食品包装提供了低成本、可规模化生产的新型材料解决方案。

　　

随着环境污染和健康安全问题的日益突出，开发高性能多功能材料成为科学研究与工业应用的重要方向。金属有机框架（MOFs）作为一种具有超高孔隙率、大比表面积和可调孔结构的晶体材料，在分离、吸附、催化等领域展现出巨大潜力。然而，MOFs材料固有的脆性和易粉碎特性严重限制了其加工性能和实际应用。传统的电纺丝技术虽可用于制备MOFs复合纤维膜，但依赖高压电场，存在安全性差、生产效率低和难以规模化等问题。因此，迫切需要发展一种安全、高效、可规模化制备MOFs复合纤维膜的新技术。

为解决上述问题，武汉纺织大学张雪兵等人采用溶液吹纺技术（SBS），以聚丙烯腈（PAN）为基质，ZIF-67纳米颗粒为功能材料，成功制备了ZIF-67/PAN纳米复合纤维膜，并系统研究了其在甲醛吸附、抗菌、抗紫外、空气过滤和食品包装等方面的性能。该研究发表于《Industrial Crops and Products》，为多功能纳米复合材料的开发与应用提供了新思路。

研究主要采用了溶液吹纺技术制备纤维膜，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征形貌，X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析晶体结构和化学组成，氮气吸附-脱附测定比表面积和孔径分布，热重分析（TGA）评估热稳定性，X射线光电子能谱（XPS）分析表面化学状态。此外，还通过自建反应器测试甲醛吸附性能，采用菌落计数法评价抗菌性能，使用自动过滤测试仪测定空气过滤效率，并通过草莓保鲜实验验证其食品包装潜力。

3.1. Characterization of ZIF-67/PAN fiber film

通过SEM和TEM观察发现，ZIF-67纳米颗粒呈立方体形状，边长约500 nm，均匀分布在PAN纤维表面。随着ZIF-67负载量增加，纤维直径从1.656 μm增至7.455 μm。XRD和FTIR结果证实ZIF-67成功负载于PAN纤维上。氮气吸附-脱附测试显示，20 wt% ZIF-67/PAN纤维膜的比表面积高达330.16 m²/g，孔隙主要集中在2.5 nm以下，以微孔为主。热重分析表明材料在280 °C以下具有良好的热稳定性。

3.2. Mask performance

ZIF-67/PAN纤维膜作为口罩中间层时，表现出优异的综合性能：对1–10 μm颗粒物的过滤效率超过98%，抗紫外线性能（UPF值83.47，UVA透射率2.565%）优于普通医用口罩和KN95，透气性达828.86 mm/s，且佩戴过程中温度变化小，舒适性良好。

3.3. Formaldehyde adsorption

甲醛吸附实验表明，20 wt% ZIF-67/PAN纤维膜能完全吸附22 ppm的甲醛气体。吸附过程符合准一级和准二级动力学模型，经过三次循环使用后仍保持87.9%的去除率。其吸附机制涉及甲醛在材料表面的吸附、转化以及光催化降解过程。

3.4. Antibacterial property

抗菌测试显示，ZIF-67/PAN纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过99%，显著高于纯PAN膜（5.66%和25%）。其抗菌机制主要通过ZIF-67释放钴离子（Co²⁺），破坏细菌细胞膜和代谢过程。

3.5. Food packaging

草莓保鲜实验表明，采用ZIF-67/PAN纤维膜包装的草莓在10天后腐烂率为44.63%，远低于对照组（64.42%）。该膜能有效抑制微生物生长，延缓草莓腐败，并维持较低的pH值，显示出良好的食品包装应用潜力。

本研究通过溶液吹纺技术成功制备了多功能ZIF-67/PAN纳米复合纤维膜，解决了MOFs材料难加工和传统电纺技术效率低的问题。该膜具有高比表面积、优异孔隙结构和良好柔韧性，在甲醛吸附、抗菌、抗紫外、空气过滤和食品包装等方面表现出色，且制备工艺简单、易于规模化生产。该研究不仅拓展了MOFs材料在环境、健康和食品领域的应用，也为绿色低碳复合材料的发展提供了新策略，具有重要的科学研究价值和产业化前景。