エアフィルターは過酷な環境でも優れた性能と耐久性を発揮します。

2022 年 10 月 3 日

粒子学による

研究チームは、高温高湿の環境で粒子状物質を効果的に濾過する高性能複合スポンジを設計しました。 スポンジは機械的特性に優れ、環境に優しい材料で作られています。 このフィルターは、自動車や産業における大気汚染との戦いに役立つ可能性を秘めています。

福州大学の中国研究者チームは、2022年10月3日に学術誌Particuologyに研究成果を発表した。

自動車の排気ガスや産業用煙突からの粒子状物質は、人間と環境の両方に重大な危険をもたらします。 排気ガスによる汚染の問題は世界各国に存在します。 粒子汚染は人間にとって特に危険であり、中枢神経系と呼吸器系に障害を及ぼします。 大気汚染の問題を解決し、環境の質を改善するために、科学者はより優れたエアフィルターの開発に取り組んできました。 しかし、現時点では、開発中のエアフィルターは、高温、高湿度、または長時間のろ過の必要性がさらなる課題をもたらす過酷な環境では十分に機能していません。

より優れたエアフィルターを構築するために、研究チームは三次元粒子捕捉装置を設計しました。 彼らは、単純な犠牲テンプレート法を使用して、ポリジメチルシロキサン (PDMS) スポンジを作成しました。 次に、in-situ ローディング法を使用して、スポンジ骨格にポリドーパミン (PDA) コーティングを適用しました。 次に、多数の ZIF-8 粒子が PDA コーティング上で成長しました。 ZIF-8 は金属有機フレームワークであり、構造的および化学的調整性において多用途な多孔質材料の一種です。 有機金属フレームワークは、ガス吸着や空気ろ過の分野での応用に大きな可能性を示しています。 複合スポンジの豊富な細孔が良好な空気の流れを提供し、ZIF-8 粒子がスポンジの濾過性能を高めます。

チームは、工業用高温環境をシミュレートした高温 (摂氏 250 度) と高湿度 (相対湿度 90%) の条件下でスポンジをテストしました。 高温多湿下での結果は、複合スポンジが産業分野で応用できる可能性が高いことを示しています。

チームはさらに、自動車排気の濾過に使用するために必要な条件下で複合スポンジをテストしました。 スポンジは簡単に成形でき、構造的に安定しているため、必要に応じてさまざまなシーンで使用できます。 そこでチームは、エキゾーストパイプの口にフィットする複合スポンジを用意しました。 自動車の通常運転時に排出される排気ガスを模擬した自動車排気ガス試験において、複合スポンジは粒子状物質の除去効率が99%以上を達成しました。 65 時間のろ過後でも、複合スポンジは依然として優れた性能を達成しました。

福州大学のYuekun Lai教授は、「この研究は、過酷な環境に適応できる3D高効率エアフィルターを設計するための新しいアイデアを提供する」と述べた。 複合スポンジは構造安定性に優れ、成形も容易であるため、自動車の排気ガスから産業用煙突、厨房用ファンに至るまでの用途に適しています。

「次のステップでは、私たちの研究チームは、より高い温度に適応できるガスフィルターと、粒子状物質の濾過だけでなく、大気汚染物質の特定の成分を処理する方法を探求します」とライ氏は述べた。 このようにして、研究者らはガスフィルターの応用シナリオを拡大し、実用化の可能性も高める可能性がある。 「私たちの究極の目標は、さまざまな環境で使用できるガスフィルターと、さまざまな機能を備えた高効率フィルター材料を実現することです」とライ氏は述べています。

研究チームには、福州大学化学工学部のYukui Gou氏、Yuanye Hao氏、Weilong Cai氏、Jianying Huang氏、Yuekun Lai氏が含まれており、Cai、Huang、Lai氏は清遠イノベーション研究所でも働いています。

詳しくは： Yukui Gou ら、Rational は過酷な環境下で効率的かつ持続可能な粒子状物質の濾過を目的とした ZIF-8@PDA@PDMS 複合スポンジを設計しました、Particuology (2022)。 DOI: 10.1016/j.partic.2022.09.001