بررسي پارامترهاي موثر بر فيلتراسيون نانو ذرات از هوا با استفاده از فيلترهاي نانوليفي پلي اورتان

Investigating effective parameters on the nanoparticles air filtration using Polyurethane nanofiber mats

مقدمه: نانوالياف ساخته شده از طريق فرآيند الكتروريسي گزينه مناسبي جهت ساخت بسترهاي فيلتركننده ذرات ريز مقياس معرفي شده اند. مطالعه حاضر با هدف ساخت بسترهاي نانوليفي پلي اورتان از طريق فرآيند الكتروريسي و بررسي تاثير پارامترهاي مختلف از قبيل دانسيته فشردگي، سرعت سطحي فيلتراسيون و نوع ذره تست بر راندمان فيلتراسيون نانو ذرات از هوا و عامل كيفيت بسترهاي نانوليفي پلي اورتان انجام گرفت. روش كار: بسترهاي نانوليفي از طريق فرآيند الكتروريسي محلول پليمر پلي اورتان (15 درصد وزني) با سيستم حلال متشكل از دي متيل فرماميد و تتراهيدروفوران با نسبت اختلاط 3 به 2 توليد گرديدند. سپس سيستم تست عمل كرد فيلتراسيون در آزمايش گاه گروه مكانيك سيالات دانشگاه هانيانگ كشور كره جنوبي ساخته شد و راندمان فيلتراسيون و افت فشار بسترهاي توليدي مورد بررسي قرار گرفتند. يافته ها: افزايش مدت زمان الكتروريسي، موجب افزايش دانسيته فشردگي، افت فشار اوليه و راندمان فيلتراسيون بسترها مي شود وعامل كيفيت بسترها به دليل افزايش افت فشار كاهش مي يابد. با افزايش زمان الكتروريسي از 15 دقيقه به 45 دقيقه، افت فشار بستر از 7 به 32 پاسكال افزايش يافته و ميانگين درصد كارايي به طور متوسط بين 10-9 درصد براي ذرات تست KCl و DEHS اضافه شد.هم چنين نتايج نشان داد كه با افزايش سرعت سطحي از 2 سانتي متر در ثانيه به 5 و 10 سانتي متر در ثانيه، راندمان فيلتراسيون براي ذرات با اندازه كم تر از 425 نانومتر و عامل كيفيت در تمامي سايزها كاهش مي يابد. نتيجه گيري: با توجه به نتايج فوق مي توان نتيجه گيري نمود كه بسترهاي ساخته شده از لحاظ راندمان فيلتراسيون و عامل كيفيت مقادير قابل قبولي را به منظور كاربردهاي فيلتراسيوني دارا مي باشند. علاوه براين ضخامت و وزن پايه كم و هم چنين سهولت در توليد نيز از ديگر مزاياي بسترهاي نانوليفي نسبت به بسترهاي معمول مي باشد.

Introduction: Electrospun nanofibers are suitable option to synthesize filtering mats for nanoparticles. This study was aimed to fabricate polyurethane nanofiber mats through electrospinning process and to investigate the effect of different parameters such as packing density, face velocity and particle type on the filtration efficiency and quality factor of electrospun polyurethane nanofiber mats. Material and Method: The nanofiber mats were produced by electrospinning process. Polyurethane granules were dissolved (15w/w%) in a solvent system consisting of dimethylformamide and tetrahydrofuran (3:2). Then, the filtration performance testing system was made at the Fluid Mechanics Department of Hanyang University of South Korea and the filtration efficiency and pressure drop of prepared nanofiber mats were studied. Result: Findings showed that by increasing the duration of electrospinning, the basis weight, thickness, packing density, initial pressure drop and filtration efficiency of the mats increased, and the quality factor of the mats decreased due to the increase of the pressure drop. The increase in electrospinning duration from 15 to 45 minutes was led to the increase in pressure drop from 7 to 32 Pa and the average filtration efficiency was increased about 9-10% for KCl and DEHS test particles. The filtration efficiency and quality factor of the prepared polyurethane nanofiber mats were declined with the increase of filtration face velocity from 2 to 5 and 10 cm/s. The reduction in filtration efficiency was more obvious for particles smaller than 425 nm. Conclusion: The results demonstrated that prepared polyurethan naofiber mats provide acceptable filtration performance. What is more, such nanofiber mats can have other potential benefits such as light basis weight, low thickness and simple production.