3 اکتبر 2022 -اسفنج کامپوزیت ZIF-8@PDA@PDMS با شکل قابل تنظیم، فیلتراسیون آلاینده های PM را تحت شرایط دمای بالا و رطوبت بالا به دست می آورد. اعتبار: یوکوی گو، دانشگاه فوژو
تیمی از محققان یک اسفنج کامپوزیتی با کارایی بالا طراحی کرده اند که به طور موثر برای فیلتر کردن ذرات معلق در محیط های با دمای بالا و رطوبت بالا کار می کند. این اسفنج با خواص مکانیکی عالی خود از مواد سازگار با محیط زیست ساخته شده است. این فیلتر پتانسیلی برای کمک به مبارزه با آلودگی هوا در خودروها و صنعت دارد.
تیم محققان چینی از دانشگاه فوژو کار خود را در ژورنال Particuology در 3 اکتبر 2022 منتشر کردند.
ذرات معلق ناشی از اگزوز خودروها و دودکش های صنعتی خطر قابل توجهی هم برای انسان و هم برای محیط زیست ایجاد می کند. مشکل آلودگی ناشی از گازهای خروجی در کشورهای سراسر جهان وجود دارد. آلودگی ذرات معلق به ویژه برای انسان خطرناک است و سیستم عصبی مرکزی و سیستم تنفسی را مختل می کند. برای حل مشکل آلودگی هوا و بهبود کیفیت محیط، دانشمندان برای ساخت فیلترهای هوای بهتر تلاش کرده اند. اما تا این مرحله، فیلترهای هوای در حال توسعه در محیط‌های سخت، جایی که دماهای بالا، رطوبت بالا یا نیاز به دوره‌های طولانی فیلتراسیون چالش‌های بیشتری را به همراه دارد، عملکرد خوبی نداشته‌اند.
برای ساخت فیلتر هوای بهتر، تیم تحقیقاتی یک دستگاه سه بعدی جذب ذرات طراحی کردند. آنها از یک روش قالب ساده برای ایجاد یک اسفنج پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) استفاده کردند. سپس، آنها با استفاده از روش بارگذاری درجا، پوشش پلی دوپامین (PDA) را روی اسکلت اسفنج اعمال کردند. سپس تعداد زیادی ذرات ZIF-8 بر روی پوشش PDA رشد کردند. ZIF-8 یک چارچوب فلزی-آلی، دسته ای از مواد متخلخل است که از نظر ساختاری و قابلیت تنظیم شیمیایی همه کاره هستند. چارچوب‌های فلزی-آلی پتانسیل خوبی برای کاربرد در زمینه‌های جذب گاز و فیلتراسیون هوا دارند. منافذ فراوان در اسفنج کامپوزیت جریان هوای خوبی را فراهم می کند و ذرات ZIF-8 عملکرد فیلتراسیون اسفنج را افزایش می دهد.
این تیم اسفنج خود را در شرایط دمای بالا (250 درجه سانتیگراد) و رطوبت بالا (رطوبت نسبی 90 درصد) آزمایش کردند که یک محیط صنعتی با دمای بالا را شبیه سازی می کرد. نتایج در دما و رطوبت بالا پتانسیل قوی اسفنج کامپوزیت را برای کاربرد در صنعت نشان می دهد.
این تیم بیشتر اسفنج کامپوزیت را تحت شرایط مورد نیاز برای استفاده در فیلتر کردن اگزوز خودرو آزمایش کردند. اسفنج را می توان به راحتی شکل داد و از ثبات ساختاری برخوردار است و به آن اجازه می دهد در سناریوهای مختلف، در صورت نیاز، استفاده شود. بنابراین تیم اسفنج کامپوزیت را برای قرار دادن در دهانه لوله اگزوز آماده کردند. در آزمایش‌های اگزوز خودرو، که اگزوز خروجی از خودروها را در حین کار عادی شبیه‌سازی می‌کردند، اسفنج کامپوزیت بیش از 99 درصد راندمان را در حذف ذرات به دست آورد. حتی پس از 65 ساعت فیلتراسیون، اسفنج کامپوزیت همچنان به عملکرد عالی دست یافت.
یوکون لای، استاد دانشگاه فوژو می گوید: «این مطالعه ایده جدیدی برای طراحی فیلترهای هوای سه بعدی با کارایی بالا ارائه می دهد که می توانند با محیط های خشن سازگار شوند. از آنجایی که اسفنج کامپوزیت پایداری ساختاری خوبی دارد و همچنین می‌توان آن را به راحتی شکل داد، برای استفاده در کاربردهای مختلف از اگزوز خودرو گرفته تا دودکش‌های صنعتی و فن‌های آشپزخانه مناسب است.
لای گفت: «در مرحله بعدی، تیم تحقیقاتی ما فیلترهای گازی را که می‌توانند با دماهای بالاتر سازگار شوند، و همچنین راه‌هایی برای تصفیه برخی اجزای آلاینده‌های هوا، نه فقط فیلتر کردن ذرات، بررسی خواهند کرد. به این ترتیب، محققان ممکن است سناریوهای کاربردی فیلترهای گاز را گسترش دهند و همچنین پتانسیل کاربردهای عملی را بهبود بخشند. لای گفت: «هدف نهایی ما دستیابی به فیلتر گازی است که بتوان در محیط‌های مختلف از آن استفاده کرد و مواد فیلتری با راندمان بالا با عملکردهای مختلف دست یافت.
تیم تحقیقاتی شامل Yukui Gou، Yuanye Hao، Weilong Cai، Jianying Huang و Yuekun Lai از دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه فوژو است. Cai، Huang و Lai همچنین در آزمایشگاه نوآوری Qingyuan کار می کنند.
