Een team van onderzoekers heeft een hoogwaardige composietspons ontworpen die effectief werkt om fijnstof te filteren in omgevingen met hoge temperaturen en hoge luchtvochtigheid. De spons, met zijn uitstekende mechanische eigenschappen, is gemaakt van milieuvriendelijke materialen. Dit filter heeft de potentie om luchtvervuiling in auto's en in de industrie te helpen bestrijden.

Het team van Chinese onderzoekers van de Universiteit van Fuzhou publiceerde hun werk in het tijdschrift Particuology op 3 oktober 2022.

Fijnstof uit uitlaatgassen van auto's en industriële schoorstenen vormt een groot gevaar voor mens en milieu. Het probleem van vervuiling door uitlaatgassen bestaat in landen over de hele wereld. Vervuiling door fijnstof is vooral gevaarlijk voor de mens, omdat het het centrale zenuwstelsel en de luchtwegen aantast. Om het probleem van luchtvervuiling op te lossen en de kwaliteit van het milieu te verbeteren, hebben wetenschappers gewerkt aan het bouwen van betere luchtfilters. Maar tot nu toe hebben de luchtfilters die worden ontwikkeld, niet goed gepresteerd in ruwe omgevingen, waar hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid of de noodzaak van lange filtratieperiodes voor extra uitdagingen zorgen.

Om een ​​beter luchtfilter te bouwen, ontwierp het onderzoeksteam een ​​driedimensionaal apparaat voor het opvangen van deeltjes. Ze gebruikten een eenvoudige opofferingssjabloonmethode om een ​​spons van polydimethylsiloxaan (PDMS) te maken. Vervolgens brachten ze een polydopamine (PDA) coating op het sponsskelet aan met behulp van een in-situ laadmethode. Vervolgens werd een groot aantal ZIF-8-deeltjes op de PDA-coating gekweekt. ZIF-8 is een metaal-organisch raamwerk, een klasse van poreuze materialen die veelzijdig zijn in hun structurele en chemische afstembaarheid. Metaal-organische raamwerken vertonen goede mogelijkheden voor toepassingen op het gebied van gasadsorptie en luchtfiltratie. De overvloedige poriën in de composietspons zorgen voor een goede luchtstroom en de ZIF-8-deeltjes verbeteren de filtratieprestaties van de spons.

Het team testte hun spons onder hoge temperatuur (250 graden Celsius) en hoge luchtvochtigheid (90% relatieve vochtigheid) die een industriële omgeving met hoge temperaturen simuleerden. De resultaten bij de hoge temperaturen en vochtigheid tonen het sterke potentieel van de composietspons voor toepassingen in de industrie.

Het team testte de composietspons verder onder de omstandigheden die nodig zijn voor gebruik bij het filteren van uitlaatgassen van auto's. De spons kan gemakkelijk worden gevormd en heeft structurele stabiliteit, waardoor hij naar behoefte in verschillende scenario's kan worden gebruikt. Dus het team bereidde de composietspons voor om bij de uitlaatpijp te passen. In de uitlaattests van auto's, die de uitlaatgassen van auto's tijdens normaal gebruik simuleerden, behaalde de composietspons een efficiëntie van meer dan 99% bij het verwijderen van deeltjes. Zelfs na 65 uur filtratie behaalde de composietspons nog steeds uitstekende prestaties.

"Deze studie biedt een nieuw idee voor het ontwerpen van 3D-luchtfilters met een hoog rendement die zich kunnen aanpassen aan ruwe omgevingen", zegt Yuekun Lai, een professor aan de Fuzhou University. Omdat de composietspons een goede structurele stabiliteit heeft en ook gemakkelijk kan worden gevormd, is deze geschikt voor gebruik in toepassingen variërend van auto-uitlaatgassen tot industriële schoorstenen tot keukenventilatoren.

"In de volgende stap zal ons onderzoeksteam gasfilters onderzoeken die zich kunnen aanpassen aan hogere temperaturen, evenals manieren om bepaalde componenten van luchtverontreinigende stoffen te behandelen, niet alleen fijnstoffiltratie", zei Lai. Op deze manier kunnen de onderzoekers de toepassingsscenario's van gasfilters uitbreiden en ook het potentieel voor praktische toepassingen verbeteren. "Ons uiteindelijke doel is om een ​​gasfilter te realiseren dat in verschillende omgevingen kan worden gebruikt, en een zeer efficiënt filtermateriaal met verschillende functies", zegt Lai.

Het onderzoeksteam omvat Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang en Yuekun Lai van het College of Chemical Engineering, Fuzhou University. Cai, Huang en Lai werken ook bij het Qingyuan Innovation Laboratory. + Verder verkennen

Hoe een badspons een biobased industrieel filter wordt