新的空氣過濾器同時具備超高性能和在惡劣環(huán)境中的耐用性

【資料圖】

來自汽車尾氣和工業(yè)煙囪的顆粒物對人類和環(huán)境都構(gòu)成了巨大的威脅。世界各國都存在與氣體污染有關(guān)的問題。顆粒物污染對人類特別危險，因為它可以損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)。研究人員一直在努力建造更好的空氣過濾器，以解決空氣污染問題，改善環(huán)境質(zhì)量。然而，到目前為止，正在開發(fā)的空氣過濾器在惡劣的環(huán)境中表現(xiàn)不佳，高溫、高濕度或需要長時間過濾的環(huán)境帶來了更多挑戰(zhàn)。

為了建造一個更好的空氣過濾器，該科學(xué)家團(tuán)隊設(shè)計了一個三維粒子捕獲裝置。他們使用一個簡單的犧牲模板方法來創(chuàng)建一個聚二甲基硅氧烷（PDMS）海綿。接下來，他們用一種原位加載方法將聚多巴胺（PDA）涂層涂在海綿骨架上。然后，大量的ZIF-8顆粒被生長在PDA涂層上。ZIF-8是一種金屬有機框架，這是一類多孔材料，在結(jié)構(gòu)和化學(xué)可調(diào)性方面具有多樣性。金屬有機框架在氣體吸附和空氣過濾領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。復(fù)合海綿中豐富的孔隙提供了良好的氣流，ZIF-8顆粒增強了海綿的過濾性能。

來自汽車尾氣和工業(yè)煙囪的顆粒物要求過濾器具有耐高溫和高濕的特性，以及良好的機械性能。

該團(tuán)隊在模擬工業(yè)高溫環(huán)境的高溫（250攝氏度/482華氏度）和高濕度（90%相對濕度）條件下測試了他們的海綿。高溫和高濕條件下的測試結(jié)果表明，復(fù)合海綿在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力很大。

對復(fù)合海綿的進(jìn)一步測試復(fù)制了用于過濾汽車尾氣的條件。由于海綿可以很容易地被塑形，并具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，它可以很容易地根據(jù)需要被用于不同的場景中。所以研究人員準(zhǔn)備了復(fù)合海綿，以適應(yīng)排氣管口。在模擬汽車正常運行時排放的尾氣的汽車尾氣測試中，復(fù)合海綿的顆粒物去除效率達(dá)到99%以上。即使經(jīng)過65小時的過濾，復(fù)合海綿仍然保持了優(yōu)異的性能。

福州大學(xué)教授賴躍坤說："這項研究為設(shè)計能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境的3D高效空氣過濾器提供了一個新思路。由于復(fù)合海綿具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且還可以很容易地進(jìn)行塑形，因此它適合用于從汽車排氣管到工業(yè)煙囪到廚房風(fēng)扇的各種應(yīng)用。"

"在下一步，我們的研究團(tuán)隊將探索能夠適應(yīng)更高的溫度的氣體過濾器，以及處理空氣污染物的某些成分的方法，而不僅僅是顆粒物的過濾，通過這種方式，研究人員可能會擴大氣體過濾器的應(yīng)用場景，同時提高實際應(yīng)用的潛力。我們的最終目標(biāo)是實現(xiàn)一種可以在各種環(huán)境中使用的氣體過濾器，以及一種具有各種功能的高效過濾材料，"賴說。