新的空氣過(guò)濾器同時(shí)具備超高性能和在惡劣環(huán)境中的耐用性

【資料圖】

來(lái)自汽車尾氣和工業(yè)煙囪的顆粒物對(duì)人類和環(huán)境都構(gòu)成了巨大的威脅。世界各國(guó)都存在與氣體污染有關(guān)的問(wèn)題。顆粒物污染對(duì)人類特別危險(xiǎn)，因?yàn)樗梢該p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(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，正在開發(fā)的空氣過(guò)濾器在惡劣的環(huán)境中表現(xiàn)不佳，高溫、高濕度或需要長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾的環(huán)境帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。

為了建造一個(gè)更好的空氣過(guò)濾器，該科學(xué)家團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(zhǎng)在PDA涂層上。ZIF-8是一種金屬有機(jī)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(jī)框架在氣體吸附和空氣過(guò)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(qiáng)了海綿的過(guò)濾性能。

來(lái)自汽車尾氣和工業(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(jī)械性能。

該團(tuán)隊(duì)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(duì)濕度）條件下測(cè)試了他們的海綿。高溫和高濕條件下的測(cè)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(duì)復(fù)合海綿的進(jìn)一步測(cè)試復(fù)制了用于過(guò)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(chǎng)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(yùn)行時(shí)排放的尾氣的汽車尾氣測(cè)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(guò)65小時(shí)的過(guò)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(shuō)："這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)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(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(duì)將探索能夠適應(yīng)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(kuò)大氣體過(guò)濾器的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)提高實(shí)際應(yīng)用的潛力。我們的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)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，"賴說(shuō)。