Ett team av forskare har designat en högpresterande kompositsvamp som fungerar effektivt för att filtrera partiklar i miljöer med hög temperatur och hög luftfuktighet. Svampen, med sina utmärkta mekaniska egenskaper, är gjord av miljövänliga material. Detta filter har potential att hjälpa till att bekämpa luftföroreningar i bilar och inom industrin.

Teamet av kinesiska forskare från Fuzhou University publicerade sitt arbete i tidskriften Particuology den 3 oktober 2022.

Partiklar från bilavgaser och industriskorstenar utgör en betydande fara för både människor och miljön. Problemet med föroreningar från avgaser finns i länder runt om i världen. Partikelföroreningar är särskilt farliga för människor och försämrar det centrala nervsystemet och andningssystemet. För att lösa problemet med luftföroreningar och förbättra miljöns kvalitet har forskare arbetat med att bygga bättre luftfilter. Men hittills har luftfiltren som utvecklas inte fungerat bra i tuffa miljöer, där höga temperaturer, hög luftfuktighet eller behovet av långa perioder av filtrering medför ytterligare utmaningar.

För att bygga ett bättre luftfilter designade forskargruppen en tredimensionell partikelfångningsanordning. De använde en enkel offermallmetod för att skapa en polydimetylsiloxan (PDMS) svamp. Därefter applicerade de en polydopamin (PDA) beläggning på svampskelettet med en in-situ laddningsmetod. Sedan odlades ett stort antal ZIF-8-partiklar på PDA-beläggningen. ZIF-8 är ett metallorganiskt ramverk, en klass av porösa material som är mångsidiga i sin strukturella och kemiska avstämbarhet. Metallorganiska ramverk uppvisar god potential för tillämpningar inom områdena gasadsorption och luftfiltrering. De rikliga porerna i kompositsvampen ger bra luftflöde och ZIF-8-partiklarna förbättrar svampens filtreringsprestanda.

Teamet testade sin svamp under höga temperaturer (250 grader Celsius) och hög luftfuktighet (90 % relativ fuktighet) som simulerade en industriell miljö med hög temperatur. Resultaten vid de höga temperaturerna och luftfuktigheten visar kompositsvampens starka potential för applikationer inom industrin.

Teamet testade ytterligare den sammansatta svampen under de förhållanden som krävs för användning vid filtrering av bilavgaser. Svampen kan enkelt formas och har strukturell stabilitet, vilket gör att den kan användas i olika scenarier efter behov. Så teamet förberedde kompositsvampen för att passa vid avgasrörets mynning. I bilavgastesterna, som simulerade avgaserna från bilar under normal drift, uppnådde kompositsvampen över 99 % effektivitet när det gäller att avlägsna partiklar. Även efter 65 timmars filtrering uppnådde kompositsvampen fortfarande utmärkt prestanda.

"Denna studie ger en ny idé för att designa 3D högeffektiva luftfilter som kan anpassa sig till tuffa miljöer", säger Yuekun Lai, professor vid Fuzhou University. Eftersom kompositsvampen har god strukturell stabilitet och även lätt kan formas, är den lämplig för användning i applikationer som sträcker sig från bilavgaser till industriella skorstenar till köksfläktar.

"I nästa steg kommer vårt forskarteam att utforska gasfilter som kan anpassa sig till högre temperaturer, samt sätt att behandla vissa komponenter av luftföroreningar, inte bara partikelfiltrering", säger Lai. På så sätt kan forskarna utöka tillämpningsscenarierna för gasfilter och även förbättra potentialen för praktiska tillämpningar. "Vårt slutmål är att uppnå ett gasfilter som kan användas i en mängd olika miljöer och ett högeffektivt filtermaterial med en mängd olika funktioner", säger Lai.

I forskargruppen ingår Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang och Yuekun Lai från College of Chemical Engineering, Fuzhou University. Cai, Huang och Lai arbetar också på Qingyuan Innovation Laboratory. + Utforska vidare

Hur en badsvamp blir ett biobaserat industrifilter