Группа исследователей разработала высокоэффективную композитную губку, которая эффективно фильтрует твердые частицы в условиях высокой температуры и влажности. Губка с отличными механическими свойствами изготовлена из экологически чистых материалов. Этот фильтр может помочь в борьбе с загрязнением воздуха в автомобилях и в промышленности.
Группа китайских исследователей из Университета Фучжоу опубликовала свою работу в журнале Particuology 3 октября 2022 года.
Твердые частицы выхлопных газов автомобилей и промышленных дымоходов представляют значительную опасность как для человека, так и для окружающей среды. Проблема загрязнения выхлопными газами существует во многих странах мира. Загрязнение твердыми частицами особенно опасно для человека, поражая центральную нервную систему и органы дыхания. Чтобы решить проблему загрязнения воздуха и улучшить качество окружающей среды, ученые работают над созданием более совершенных воздушных фильтров. Но на данный момент разрабатываемые воздушные фильтры плохо работают в суровых условиях, где высокие температуры, высокая влажность или необходимость в длительных периодах фильтрации создают дополнительные проблемы.
Чтобы создать лучший воздушный фильтр, исследовательская группа разработала трехмерное устройство для улавливания частиц. Они использовали простой жертвенный метод шаблона для создания полидиметилсилоксановой (ПДМС) губки. Затем они нанесли покрытие из полидофамина (PDA) на скелет губки, используя метод загрузки на месте. Затем на покрытии ПДА было выращено большое количество частиц ZIF-8. ЗИФ-8 представляет собой металлоорганический каркас , класс пористых материалов, которые универсальны в своей структурной и химической перестраиваемости. Металлоорганические каркасы имеют хороший потенциал для применения в области адсорбции газов и фильтрации воздуха. Многочисленные поры в композитной губке обеспечивают хороший поток воздуха, а частицы ZIF-8 улучшают эффективность фильтрации губки.
Команда протестировала свою губку в условиях высокой температуры (250 градусов по Цельсию) и высокой влажности (90% относительной влажности), которые имитировали промышленную высокотемпературную среду. Результаты при высоких температурах и влажности показывают большой потенциал композитной губки для применения в промышленности.
Команда дополнительно протестировала композитную губку в условиях, необходимых для использования в фильтрации выхлопных газов автомобилей. Губка легко принимает форму и обладает структурной стабильностью, что позволяет использовать ее в различных сценариях по мере необходимости. Поэтому команда подготовила композитную губку, чтобы она подходила к горловине выхлопной трубы. В испытаниях автомобильных выхлопных газов, которые имитировали выхлопные газы автомобилей при нормальной работе, композитная губка показала эффективность удаления твердых частиц более 99% . Даже после 65 часов фильтрации композитная губка показала отличные характеристики.
«Это исследование дает новую идею для разработки трехмерных высокоэффективных воздушных фильтров, которые могут адаптироваться к суровым условиям », — сказал Юэкун Лай, профессор Университета Фучжоу. Поскольку композитная губка обладает хорошей структурной стабильностью, а также легко поддается формованию, она подходит для использования в различных областях, от выхлопных газов автомобилей до промышленных дымоходов и кухонных вентиляторов.
«На следующем этапе наша исследовательская группа изучит газовые фильтры, которые могут адаптироваться к более высоким температурам, а также способы обработки определенных компонентов загрязнителей воздуха, а не только фильтрации твердых частиц», — сказал Лай. Таким образом, исследователи могли бы расширить сценарии применения газовых фильтров, а также улучшить потенциал их практического применения. «Наша конечная цель — создание газового фильтра, который можно было бы использовать в различных средах, и высокоэффективного фильтрующего материала с множеством функций», — сказал Лай.
В исследовательскую группу входят Юкуй Гоу, Юанье Хао, Вейлун Цай, Цзянин Хуан и Юэкун Лай из Колледжа химического машиностроения Университета Фучжоу. Цай, Хуан и Лай также работают в инновационной лаборатории Qingyuan.
