成为要害应战。现有吸附资料难以统筹高吸附容量与活性位点利用率——液态吸附剂因气体分子扩散限制，活性位点利用率缺乏1%；固态多孔资料（如COFs、MOFs）虽利用率高，却受限于孔体积饱满导致的低吸附容量（约327 mg/g）。开发兼具气体浸透性、快速动力学和超高容量的新资料火烧眉毛。

  江苏大学魏巍副研讨员、中国科学院姑苏纳米所张学同研讨员、盛智芝副研讨员团队立异提出“Kevlar气凝胶纳米限域液体纤维（KANLFs）”，经过旋转喷发纺丝技能将碘反响性液体TEPA封装于带状Kevlar气凝胶纤维的纳米孔道内（图1）。该规划构成级联微反响器结构，完成6837 mg/g的创纪录碘吸附容量（60°C下），液体利用率达56.7%，远超传统液体吸附剂（1%）。资料成功集成至商用3M防毒面具滤芯，在75°C下净化因子（DF值）高达3025，满意美国核废气处理规范，为核能安全供给颠覆性解决方案。

  图1 Kevlar气凝胶纳米限域液体纤维构建及碘捕获机制示意图 a) 经过旋转喷发纺丝结合旋转凝结浴制备带状气凝胶纤维的流程； b) KANLFs规划：将TEPA功用液限域于单根纤维内，保存纤维间气体通道； c) KANLF过滤器捕获气态碘，完成高吸附剂利用率、高容量和快速动力学。

  研讨团队选用改进的旋转喷发纺丝工艺（图2a）：将Kevlar纳米纤维（KNF）涣散体高速喷发至旋转凝结浴中，动态气液界面效果力使射流变形为带状凝胶纤维（图2b）。经冷冻干燥后，取得宽度60–80 μm、厚度12–16 μm的带状气凝胶纤维（图2d–h），比传统湿法纺丝纤维尺度减小76–88%。其介孔结构（孔径15–25 nm）和256 m²/g比表面积（图2f）为液体限域奠定根底。

  图2 带状气凝胶纤维的制备与表征 a) 旋转喷发纺丝进程中凝胶纤维的实时图画； b) 纺丝进程受力剖析（上）及冷冻干燥后纤维形状（下）； c) 纺丝可行性参数图（转速与浓度联系）； d) 凝胶纤维与气凝胶纤维的形状比照； e) 气凝胶纤维SEM及元素散布图； f) N₂吸脱附曲线； g,h) 气凝胶纤维宽度与厚度散布核算； i) 纤维簇微观形状操控（圆形/方形滤膜及字母形状）。

  经过毛细效果将TEPA液体限域于单根纤维内（图3a），气流辅佐去除纤维间残留液，保存气体浸透通道。原子力显微镜（AFM）证明纤维标明发生均一超薄液体层（均匀厚度17.8 nm），固液界面粘附力达2.3 nN（图3e–g）。分子动力学模仿提醒Kevlar分子（PPTA）与TEPA主要是经过范德华力结合，界面能达0.124 eV/nm²（图3h），赋予资料500°C内热稳定性（图3i）。

  图3 KANLFs中气凝胶纤维与功用液相互效果 a) KANLFs制备流程； b) 气凝胶纤维介孔内TEPA负载量曲线； c) 光学显微镜下TEPA滋润纤维的实时观测； d) TEPA负载前后的FTIR光谱； e,f) 饱满（e）与气流处理非饱满（f）KANLFs的AFM描摹； g) 非饱满KANLFs的AFM力曲线（显现液体厚度与粘附力）； h) Kevlar分子（PPTA）与TEPA的界面能核算； i) 不同TEPA含量KANLFs的热重曲线。

  静态吸附试验显现（图4a–c），90 wt% TEPA负载量的KANLFs在60°C完成最优功能（6837 mg/g），动力学模型提醒其80%饱满容量的均匀吸附速率（K₈₀%）达443.2 mg/g/h。XPS与拉曼光谱证明碘捕获机制：TEPA中心仲胺优先结合I₂构成I₃⁻（结合能–21.55 kcal/mol），进一步聚组成I₅⁻（图4f–g）。资料透气性测验标明（图4h），三层KANLF滤芯压降低于2 kPa，满意穿戴设备要求；在5% CO₂共存环境下仍坚持碘吸附优势（图4i）。

  图4 KANLFs碘捕获功能与表征 a) 不同TEPA含量KANLFs的碘吸附容量； b) 不一样的温度下吸附容量比照； c) 不同负载量KANLFs的吸附动力学曲线； d) 吸附前后的FTIR光谱； e) 拉曼光谱（与固态碘比照）； f) 吸附10小时后XPS谱； g) TEPA中胺基与I₂/I₃⁻的DFT结合能核算； h) 气流处理前后资料透气性； i) I₂/CO₂竞赛吸附试验。

  动态穿透试验证明（图5c），KANLFs在75°C、602 ppm碘浓度气流中保持1320分钟才穿透，DF值达3025。比照商用5% KI浸渍活性炭（图5f），其吸附容量提高2.3倍。规模化验证中（图5e），KANLFs被制成3M滤芯组件，碘捕获后出现显着褐变，直观显现高效吸附。该资料在容量、速率和利用率三维目标上逾越现有先进资料（图5g–i），为核废料办理、空气净化和应急呼应供给工业化途径。

  图5 KANLFs脱附功能、动态吸附及比照 a) 碘脱附与收回机制示意图； b) 不一样的温度下脱附功率； c) 连续流穿透曲线； d) 不同吸附剂利用率与容量比照（1–9为文献资料）； e) 3M滤芯集成（i–ii）及碘捕获可视化（iii–v）； f) 3M滤芯中KANLFs与商用活性炭功能比照； g) 与先进资料的容量比照； h) 容量与吸附速率归纳点评； i) 与传统工业吸附剂功能比照。

  本研讨创始了“固液协同限域”新范式，经过纳米级液体微区化一起激活液相反响活性与固相稳定性。KANLFs的成功研制不只推进核能可持续发展，其级联微反响器规划理念可拓宽至CO₂捕集、有毒气体过滤等范畴，为多相界面反响资料规划指明方向。

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