PM0.3 gibi ultra ince parçacık maddeler tarafından taşınan, ortam sıcaklığındaki ortamlarda yaygın olarak yayılan bakteriler, virüsler veya toksik maddeler halk sağlığı için tehdit oluşturur. Ayrıca endüstriyel yüksek sıcaklıktaki atık gazlar çevreyi ciddi şekilde kirletmektedir. İnsan sağlığı ve çevre optimizasyonu için hem bakteri içeren ortam kaynaklarına hem de yüksek sıcaklık kaynaklarına uygulanabilen filtreleme membranlarının geliştirilmesine acil ihtiyaç vardır. Şu anda çoğu filtrasyon membranı, zayıf filtrasyon dayanıklılığı ve yavaş sanayileşme ilerlemesi gibi teknik darboğazlarla karşı karşıyadır. Bu sorunları çözmek için Wuhan Tekstil Üniversitesi'nden Akademisyen Xu Weilin liderliğindeki ekip, santrifüj eğirme teknolojisini kullandı. Poliimid, harici bir elektrik alanına ihtiyaç duymadan, eğirme işlemi sırasında kendiliğinden polarize bir moleküler yapı elde ederek, oluşturulan fiber matların yüzeyinde güçlü, kendi kendine yeten elektrostatik kuvvetler üretir. Gümüş nanopartiküllerin yerinde büyümesiyle antibakteriyel özellikler kazandırılarak antibakteriyel ve uzun süreli filtreleme sağlanır. Bu teknik aynı zamanda filtrasyon membranlarının toplu hazırlanmasını da gerçekleştirir. Onların işleri,"Kendi Kendini Besleyen Elektrostatik ve Antibakteriyel Poliimid/Gümüş Fiber Paspaslara Dayalı Isıya Dayanıklı Hava Filtreleri,"Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler'de yayınlandı. Makalenin ortak yazarları, Wuhan Tekstil Üniversitesi'nden Dr. Lv Pei ve 2023 sınıfından yüksek lisans öğrencisi Ju Zheng'dir; ilgili yazarlar ise Akademisyen Xu Weilin ve Profesör Liu Xin'dir.

Poliimid fiber matların yüzeyinde güçlü, kendi kendine devam eden elektrostatik kuvvetlerin oluşması, esas olarak santrifüj eğirme işlemi sırasında makroskobik sürtünmeye ve mikroskobik dipol polarizasyonuna atfedilir. Lifler ile havanın yanı sıra lifler arasındaki sürtünme, poliimid moleküllerinin polarizasyonunu tetikleyen güçlü bir elektrostatik alan oluşturur ve böylece elektrostatik alanı daha da güçlendirir. Polimidin yüksek yalıtımı ve mükemmel dielektrik özellikleri nedeniyle elektrostatik kaybı minimum düzeydedir ve yüzey elektrostatik kuvvetlerinin dağılımını yavaşlatır. Döküm yoluyla elde edilen poliimid filmlerle karşılaştırıldığında, güçlü elektrostatik kuvvetler yalnızca santrifüjle eğrilmiş fiber matların yüzeyinde mevcuttur. Daha ileri moleküler simülasyonlar, santrifüjlü eğirme ve döküm yöntemleriyle elde edilen poliimid moleküllerinin farklı polarizasyon derecelerini doğruladı. Santrifüjlü bükülmüş fiber matların ve dökme filmlerin hidrojen bağı enerjisi, termal stabiliteleriyle tutarlı olarak sırasıyla 28.54 kJ/mol ve 19.50 kJ/mol olmuştur. Ayrıca, santrifüjlü eğrilmiş fiber matların mutlak polarite parametresi döküm filmlerinkinden daha yüksekti; bu da santrifüjlü eğirme işleminin poliimid moleküllerinin polarizasyonunu indükleyerek moleküler polariteyi arttırdığını doğruladı.

Polimid ve onun gümüş nanopartiküllü kompozit fiber matlarının morfolojisi ve fizikokimyasal özelliklerinin analizi, yerinde büyüme yönteminin gümüş nanopartikülleri poliimid fiber matlara başarılı bir şekilde bağladığını göstermektedir. 30-350 °C termal bozunma sıcaklığı aralığında, poliimid/gümüş nanopartikül fiber matların (PI/Ag) ağırlık kaybı %5'i aşmaz; ısıya dayanıklılık testleri, PI/Ag elyaflarının, 280 °C'de uzun süreli ısıl işlemden sonra bile elyaf çapında önemli bir değişiklik olmaksızın sürekli formunu koruduğunu göstermektedir. PI/Ag'nin mükemmel termal stabilitesi, bu malzemeye dayalı hava filtrelerinin 200-300 °C ortam sıcaklıklarında uzun süre kullanılmasına olanak tanır.

PI/Ag filtreleme performansı testi, 260 µm kalınlığındaki fiber matın PM0.3 için filtreleme verimliliğinin %99,1 olduğunu ve 180 µm kalınlığındaki fiber mat için %98,1 olduğunu ve basınç düşüşünün 73,67 Pa'ya düştüğünü göstermektedir. ve -713 V ortalama yüzey elektrostatik voltajına sahiptir. Buna karşılık, ticari poliimid fiber matların yüzey elektrostatik voltajı yalnızca -10 V olup, PM0.3 filtreleme verimliliği %58,5'tir. Ultra yüksek yüzey elektrostatik voltajı ve santrifüj eğirme ile oluşturulan 3 boyutlu ağ yapısı, PI/Ag'nin hava filtreleme verimliliğini sinerjik olarak artırır. 330 gün sonra, PI/Ag'nin yüzey elektrostatik voltajı hala -700 V'un üzerinde kalır ve 280 °C'de 1 saatlik yüksek sıcaklık işleminden sonra PM0,3 için filtreleme verimliliği %91,3'ün üzerinde kalır. Bu nedenle PI/Ag, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda uzun süreli filtreleme sağlarken düşük basınç düşüşü sağlayabilir. Antibakteriyel testler PI/Ag'nin Escherichia coli ve Staphylococcus aureus'a karşı önemli antibakteriyel aktivite sergilediğini göstermektedir. Bu nedenle, bu çalışmada hazırlanan PI/Ag, oda sıcaklığındaki bakteri kaynaklarının hava filtrasyonunun yanı sıra endüstriyel yüksek sıcaklık kaynaklı baca gazı filtrasyonunda da kullanılabilir.

Özet: Yazarlar, kendi kendine yeten elektrostatik kuvvetlerin etkisi nedeniyle yüksek PM0.3 filtreleme verimliliğine sahip olan, santrifüj eğirme teknolojisini kullanarak güçlü, kendi kendine yeten elektrostatik kuvvetlere sahip, antibakteriyel, yüksek sıcaklığa dayanıklı poliimid fiber matlar hazırladılar. düşük basınç düşüşü. Bu çalışma, çok işlevli, verimli hava filtreleme fiber malzemelerinin büyük ölçekli, sürekli hazırlanmasına yeni bir yaklaşım sağlıyor.