Organic-inorganic Nanohybrid Electroactive Polylactic Acid Protective Membranes for High Humidity PMs Filtration and Passive Physiological Monitoring

doi:10.7503/cjcu20240513

Abstract

Abstract:

Particulate matters（PMs） and viruses in the air can attack the human respiratory system， resulting in impaired respiratory function. Although biodegradable polylactic acid（PLA） nanofiber membranes have significant prospects in the field of air purification， the existing preparation methods are difficult to effectively regulate fiber microstructure， membrane morphology and electret properties at the same time. In this paper， a synergic enhancement strategy of organic-inorganic nanohybrid composite was proposed， that is， the electrical activity and surface activity of PLA nanofibrous membranes（PLA@T/Z） were greatly improved by combining electrospinning PLA@TiO₂ and electrospray zeolite imidazolate framework-8（ZIF-8） nanodielectric. The dielectric constant and surface potential of PLA nanofibrous membranes（PLA@T/Z） could reach 3.47 kV and 8.5 kV respectively. In the 10 N and 1 Hz contact-separation cycle test， PLA@T/Z has an output voltage of 17.9 V， while in the simulated human breathing condition， the output current is 32.1 nA. Thanks to excellent electret characteristics and charge regeneration， PLA@T/Z exhibits superior PM_0.3 filtration performance［90.4% of PM_0.3 can be filtered at 85 L/min with a pressure drop of only 175 Pa and 90.8% of PM_0.3（32 L/min air flow rate） can still be filtered at a relative humidity（RH） of 90%］. The design of organic-inorganic nanohybrid composite system expands the application prospect of PLA nanofiber membrane in the fields of air purification and self-energy respiration monitoring.

Key words: Air filtration, Polylactic acid, Nanofibrous protective membrane, Organic-inorganic hybrid composite system, Passive monitoring

CLC Number:

O631

TrendMD:

XU Mingwei, YANG Shangxue, LIU Guanlin, YANG Ting, ZHANG Yifan, ZHAO Yue, LI Heguo, ZHANG Mingming, XU Huan. Organic-inorganic Nanohybrid Electroactive Polylactic Acid Protective Membranes for High Humidity PMs Filtration and Passive Physiological Monitoring[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(3): 20240513.

Figures/Tables 11

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