Der Luftfilter zeigt hervorragende Leistung und Ausdauer in rauen Umgebungen

3. Oktober 2022

von Particuology

Ein Forscherteam hat einen Hochleistungs-Verbundschwamm entwickelt, der Partikel in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit effektiv filtert. Der Schwamm mit seinen hervorragenden mechanischen Eigenschaften besteht aus umweltfreundlichen Materialien. Dieser Filter hat das Potenzial, zur Bekämpfung der Luftverschmutzung in Automobilen und in der Industrie beizutragen.

Das Team chinesischer Forscher der Universität Fuzhou veröffentlichte seine Arbeit am 3. Oktober 2022 in der Zeitschrift Particuology.

Feinstaub aus Autoabgasen und Industrieschornsteinen stellt eine erhebliche Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Das Problem der Verschmutzung durch Abgase besteht in Ländern auf der ganzen Welt. Besonders gefährlich ist die Feinstaubbelastung für den Menschen, da sie das zentrale Nervensystem und die Atemwege beeinträchtigt. Um das Problem der Luftverschmutzung zu lösen und die Qualität der Umwelt zu verbessern, arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung besserer Luftfilter. Bisher haben die entwickelten Luftfilter jedoch in rauen Umgebungen, in denen hohe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit oder die Notwendigkeit langer Filterperioden zusätzliche Herausforderungen mit sich bringen, keine gute Leistung erbracht.

Um einen besseren Luftfilter zu bauen, entwarf das Forschungsteam ein dreidimensionales Partikelerfassungsgerät. Sie verwendeten eine einfache Opferschablonenmethode, um einen Polydimethylsiloxan (PDMS)-Schwamm herzustellen. Als nächstes trugen sie mithilfe einer In-situ-Beladungsmethode eine Polydopamin (PDA)-Beschichtung auf das Schwammskelett auf. Anschließend wurde eine große Anzahl von ZIF-8-Partikeln auf der PDA-Beschichtung gezüchtet. ZIF-8 ist ein metallorganisches Gerüst, eine Klasse poröser Materialien, die in ihrer strukturellen und chemischen Einstellbarkeit vielseitig sind. Metallorganische Gerüste weisen ein gutes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Gasadsorption und Luftfiltration auf. Die zahlreichen Poren im Verbundschwamm sorgen für eine gute Luftzirkulation und die ZIF-8-Partikel verbessern die Filterleistung des Schwamms.

Das Team testete seinen Schwamm unter Bedingungen hoher Temperatur (250 Grad Celsius) und hoher Luftfeuchtigkeit (90 % relative Luftfeuchtigkeit), die eine industrielle Hochtemperaturumgebung simulierten. Die Ergebnisse bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit zeigen das große Potenzial des Verbundschwamms für industrielle Anwendungen.

Das Team testete den Verbundschwamm weiter unter den Bedingungen, die für die Filterung von Autoabgasen erforderlich sind. Der Schwamm lässt sich leicht formen und verfügt über eine strukturelle Stabilität, sodass er je nach Bedarf in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden kann. Deshalb bereitete das Team den Verbundschwamm so vor, dass er an die Mündung des Auspuffrohrs passt. Bei den Autoabgastests, bei denen die Abgase von Autos während des normalen Betriebs simuliert wurden, erreichte der Verbundschwamm eine Effizienz von über 99 % bei der Entfernung von Partikeln. Selbst nach 65 Stunden Filtration erzielte der Verbundschwamm immer noch eine hervorragende Leistung.

„Diese Studie liefert eine neue Idee für die Entwicklung hocheffizienter 3D-Luftfilter, die sich an raue Umgebungen anpassen können“, sagte Yuekun Lai, Professor an der Universität Fuzhou. Da der Verbundschwamm über eine gute Strukturstabilität verfügt und sich zudem leicht formen lässt, eignet er sich für den Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen, von Autoabgasen über Industrieschornsteine ​​bis hin zu Küchenventilatoren.

„Im nächsten Schritt wird unser Forschungsteam Gasfilter erforschen, die sich an höhere Temperaturen anpassen können, sowie Möglichkeiten zur Behandlung bestimmter Bestandteile von Luftschadstoffen, nicht nur der Feinstaubfiltration“, sagte Lai. Auf diese Weise könnten die Forscher die Anwendungsszenarien von Gasfiltern erweitern und auch das Potenzial für praktische Anwendungen verbessern. „Unser oberstes Ziel ist es, einen Gasfilter zu entwickeln, der in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden kann, sowie ein hocheffizientes Filtermaterial mit vielfältigen Funktionen“, sagte Lai.

Zum Forschungsteam gehören Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang und Yuekun Lai vom College of Chemical Engineering der Universität Fuzhou. Cai, Huang und Lai arbeiten auch im Qingyuan Innovation Laboratory.

Mehr Informationen: Yukui Gou et al., Rational, haben einen ZIF-8@PDA@PDMS-Verbundschwamm für eine effiziente und nachhaltige Partikelfilterung unter rauen Umgebungsbedingungen entwickelt, Particuology (2022). DOI: 10.1016/j.partic.2022.09.001