【資料圖】
來(lái)自汽車(chē)尾氣和工業(yè)煙囪的顆粒物對人類(lèi)和環(huán)境都構成了巨大的威脅。世界各國都存在與氣體污染有關(guān)的問(wèn)題。顆粒物污染對人類(lèi)特別危險,因為它可以損害中樞神經(jīng)系統和呼吸系統。研究人員一直在努力建造更好的空氣過(guò)濾器,以解決空氣污染問(wèn)題,改善環(huán)境質(zhì)量。然而,到目前為止,正在開(kāi)發(fā)的空氣過(guò)濾器在惡劣的環(huán)境中表現不佳,高溫、高濕度或需要長(cháng)時(shí)間過(guò)濾的環(huán)境帶來(lái)了更多挑戰。
為了建造一個(gè)更好的空氣過(guò)濾器,該科學(xué)家團隊設計了一個(gè)三維粒子捕獲裝置。他們使用一個(gè)簡(jiǎn)單的犧牲模板方法來(lái)創(chuàng )建一個(gè)聚二甲基硅氧烷(PDMS)海綿。接下來(lái),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(cháng)在PDA涂層上。ZIF-8是一種金屬有機框架,這是一類(lèi)多孔材料,在結構和化學(xué)可調性方面具有多樣性。金屬有機框架在氣體吸附和空氣過(guò)濾領(lǐng)域表現出良好的應用潛力。復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(guò)濾性能。
來(lái)自汽車(chē)尾氣和工業(yè)煙囪的顆粒物要求過(guò)濾器具有耐高溫和高濕的特性,以及良好的機械性能。
該團隊在模擬工業(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果表明,復合海綿在工業(yè)領(lǐng)域的應用潛力很大。
對復合海綿的進(jìn)一步測試復制了用于過(guò)濾汽車(chē)尾氣的條件。由于海綿可以很容易地被塑形,并具有結構穩定性,它可以很容易地根據需要被用于不同的場(chǎng)景中。所以研究人員準備了復合海綿,以適應排氣管口。在模擬汽車(chē)正常運行時(shí)排放的尾氣的汽車(chē)尾氣測試中,復合海綿的顆粒物去除效率達到99%以上。即使經(jīng)過(guò)65小時(shí)的過(guò)濾,復合海綿仍然保持了優(yōu)異的性能。
福州大學(xué)教授賴(lài)躍坤說(shuō):"這項研究為設計能夠適應惡劣環(huán)境的3D高效空氣過(guò)濾器提供了一個(gè)新思路。由于復合海綿具有良好的結構穩定性,而且還可以很容易地進(jìn)行塑形,因此它適合用于從汽車(chē)排氣管到工業(yè)煙囪到廚房風(fēng)扇的各種應用。"
"在下一步,我們的研究團隊將探索能夠適應更高的溫度的氣體過(guò)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(guò)濾,通過(guò)這種方式,研究人員可能會(huì )擴大氣體過(guò)濾器的應用場(chǎng)景,同時(shí)提高實(shí)際應用的潛力。我們的最終目標是實(shí)現一種可以在各種環(huán)境中使用的氣體過(guò)濾器,以及一種具有各種功能的高效過(guò)濾材料,"賴(lài)說(shuō)。