Luftfilter viser fremragende ydeevne og udholdenhed i barske miljøer

Et team af forskere har designet en højtydende kompositsvamp, der fungerer effektivt til at filtrere partikler i miljøer med høj temperatur og høj luftfugtighed. Svampen er med sine fremragende mekaniske egenskaber lavet af miljøvenlige materialer. Dette filter har potentiale til at hjælpe med at bekæmpe luftforurening i biler og i industrien.

Holdet af kinesiske forskere fra Fuzhou University offentliggjorde deres arbejde i tidsskriftet Particuology den 3. oktober 2022.

Partikler fra bilers udstødning og industrielle skorstene udgør en betydelig fare for både mennesker og miljøet. Problemet med forurening fra udstødningsgas findes i lande rundt om i verden. Partikelforurening er især farlig for mennesker, hvilket forringer centralnervesystemet og åndedrætssystemet. For at løse problemet med luftforurening og forbedre kvaliteten af ​​miljøet har forskere arbejdet på at bygge bedre luftfiltre. Men indtil videre har de luftfiltre, der udvikles, ikke fungeret godt i barske miljøer, hvor høje temperaturer, høj luftfugtighed eller behovet for lange perioder med filtrering giver ekstra udfordringer.

For at bygge et bedre luftfilter designede forskerholdet en tredimensionel partikelindfangningsenhed. De brugte en simpel offerskabelonmetode til at skabe en polydimethylsiloxan (PDMS) svamp. Dernæst påførte de en polydopamin (PDA) belægning på svampens skelettet ved hjælp af en in-situ loading metode. Derefter blev et stort antal ZIF-8-partikler dyrket på PDA-coatingen. ZIF-8 er et metal-organisk rammeværk, en klasse af porøse materialer, der er alsidige i deres strukturelle og kemiske tilpasningsevne. Metalorganiske rammer udviser et godt potentiale for anvendelser inden for gasadsorption og luftfiltrering. De rigelige porer i den sammensatte svamp giver god luftstrøm, og ZIF-8-partiklerne forbedrer svampens filtreringsevne.

Holdet testede deres svamp under høje temperaturer (250 grader Celsius) og høj luftfugtighed (90 % relativ luftfugtighed), der simulerede et industrielt højtemperaturmiljø. Resultaterne ved de høje temperaturer og luftfugtighed viser kompositsvampens stærke potentiale til anvendelse i industrien.

Holdet testede yderligere den sammensatte svamp under de betingelser, der kræves til brug ved filtrering af biludstødning. Svampen kan let formes og har strukturel stabilitet, så den kan bruges i forskellige scenarier efter behov. Så holdet forberedte den sammensatte svamp til at passe ved udstødningsrørets mund. I biludstødningstesten, som simulerede udstødningen fra biler under normal drift, opnåede den sammensatte svamp en effektivitet på over 99 % til at fjerne partikler. Selv efter 65 timers filtrering opnåede den sammensatte svamp stadig fremragende ydeevne.

"Denne undersøgelse giver en ny idé til at designe 3D højeffektive luftfiltre, der kan tilpasse sig barske miljøer," sagde Yuekun Lai, professor ved Fuzhou University. Fordi den sammensatte svamp har god strukturel stabilitet og også let kan formes, er den velegnet til brug i applikationer lige fra biludstødning til industrielle skorstene til køkkenventilatorer.

"I næste trin vil vores forskerhold undersøge gasfiltre, der kan tilpasse sig højere temperaturer, samt måder at behandle visse komponenter af luftforurenende stoffer på, ikke kun partikelfiltrering," sagde Lai. På denne måde kan forskerne udvide anvendelsesscenarier for gasfiltre og også forbedre potentialet for praktiske anvendelser. "Vores ultimative mål er at opnå et gasfilter, der kan bruges i en række forskellige miljøer, og et højeffektivt filtermateriale med en række funktioner," sagde Lai.

Forskerholdet omfatter Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang og Yuekun Lai fra College of Chemical Engineering, Fuzhou University. Cai, Huang og Lai arbejder også på Qingyuan Innovation Laboratory. + Udforsk yderligere

Sådan bliver en badesvamp til et biobaseret industrielt filter