从废弃香蕉皮到空气过滤器材料：表面张力如何牵动过滤性能？

将香蕉皮变成空气过滤材料，听起来像是“废物利用"的创意，但真正让这一设想走向可验证材料性能的，是对纺丝溶液、纤维结构和过滤行为之间关系的系统研究。2025年一项发表于《Separation and Purification Technology》的研究，以香蕉皮提取物、马铃薯来源淀粉、壳聚糖和蛋壳膜等食品废弃物为原料，与PVA共混后通过静电纺丝制备纳米纤维空气过滤材料，并进一步探讨材料再生及剩余生物质资源化利用的可能性。

一、研究目标：让食品废弃物成为功能材料

传统空气滤材在高效捕获颗粒物的同时，也存在使用后难降解、难再生等问题。该研究希望开发一种具有可降解、可再生潜力的食品废弃物基纳米纤维，并在同一实验条件下比较不同废弃物体系的纺丝性能、纤维结构、颗粒物过滤能力和VOC吸附能力。

研究并没有停留在“哪一种废弃物可以纺成纤维"，而是进一步追问：原料加入以后，纺丝溶液的性质发生了什么变化，这些变化又如何传递到最终滤膜？

二、研究意义：决定纤维形成的，往往从液体阶段就开始了

静电纺丝过程中，聚合物溶液需要在强电场作用下形成稳定射流并不断拉伸、细化。因此，黏度、电导率和表面张力是影响纤维形成的重要溶液参数。

研究人员分别测定了不同纺丝体系的黏度、电导率和表面张力，其中表面张力采用GBX 3S表面张力仪，通过Wilhelmy铂片法进行测试。实验中铂片浸入液面以下，再沿垂直方向拉起，通过液体弯月面破裂前的最大作用力获得表面张力数据。

这一测量环节的价值并不只是得到一个mN/m数值，而在于把不同生物质配方带来的界面变化转化成可比较的数据。

例如，BPE/PVA（1:2）和BPE/PVA（2:2）体系的表面张力分别约为56.07和52.21 mN/m。随着香蕉皮提取物比例增加，体系表面张力下降，而最终形成的平均纤维直径也从约130 nm进一步减小到112 nm。

当然，纤维直径并不能简单归因于单一的表面张力变化。论文也指出，电导率、黏度、表面张力及纺丝工艺参数共同参与射流拉伸过程。正因如此，稳定、可重复地获得表面张力数据，对于理解复杂天然提取物体系尤其重要。

从这个角度看，GBX 3S更像是材料研发过程中的“界面观察窗口"：研究人员看到的不只是液体表面的一个物性参数，而是配方变化进入静电纺丝过程后的第一层响应。

三、研究发现：香蕉皮体系表现出较优的综合过滤性能

不同食品废弃物体系中，香蕉皮提取物/PVA纳米纤维表现出了较好的综合性能。

BPE/PVA（2:2）纤维平均直径约112 nm，初始压力降约156 Pa，PM过滤效率达到约98.3%，质量因子约0.026 Pa⁻¹，同时食品废弃物在纤维中的质量比例达到50%。

在VOC测试中，BPE/PVA体系还表现出了较高的二甲苯吸附能力。

形成纳米纤维后，研究人员又使用GBX Digidrop接触角仪测量膜材料的水接触角。这里与GBX 3S的作用有所不同：GBX 3S关注纺丝前液体的表面张力，而Digidrop关注成膜后固体表面的润湿行为。 研究显示，加入香蕉皮提取物后，BPE/PVA纳米纤维的水接触角由纯PVA材料的约29.34°增加至44.50°和48.50°。

由此，从溶液表面张力到纤维膜接触角，研究构建了一条较完整的表界面性质分析链路。

四、发展启示：绿色材料研发需要的不只是“绿色原料"

这项研究最后还进行了滤膜再生实验。BPE/PVA纳米纤维经过乙醇清洗后可进行3个循环的再利用；与此同时，香蕉皮提取后留下的纤维残渣又被用于提高土壤保水能力。

因此，这项工作的价值不仅是“香蕉皮做成了滤膜"，而是建立了从废弃物原料—溶液物性—静电纺丝—界面性质—过滤性能—再生利用逐层关联的研究思路。

对于未来的生物基材料、可降解膜和绿色静电纺丝研究而言，材料来源固然重要，但只有进一步理解原料改变了哪些关键物性，才能真正建立稳定的工艺窗口。

而很多时候，这条研究链路的起点，就藏在一滴尚未被纺成纤维的溶液中。

参考文献

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