افزایش کارایی و قابلیت استفاده مجدد فیلترهای هوا با پوشش نانو

گروهی از محققان دانشکده مهندسی دانشگاه درکسل روشی جدید برای بهبود عملکرد فیلترهای مبتنی بر منسوجات ارائه داده‌اند. این روش شامل پوشش‌دهی این فیلترها با نوعی نانوماده دو بُعدی به نام MXene است که می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی و قابلیت استفاده مجدد آن‌ها را افزایش دهد.

کد خبر: ۷۸۳۵۲۸

تاریخ: ۱۸ اسفند ۱۴۰۳ - ۰۹:۴۲

به گزارش روز شنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، با وجود پیشرفت‌های قابل‌توجه در فناوری فیلتراسیون هوا پس از همه‌گیری کرونا، برخی از ریزترین ذرات، مانند آلاینده‌های ناشی از خودروها و کارخانه‌ها، همچنان از فیلترهای معمولی عبور می‌کنند.

مطالعات اخیر که در مجله C Journal of Carbon Research منتشر شده است، نشان می‌دهد که یک پارچه پلی‌استری غیربافته، که به‌عنوان ماده‌ای ارزان‌قیمت با کارایی فیلتراسیون پایین شناخته می‌شود، در صورت پوشش‌دهی با یک لایه نازک از نانومواد MXene، می‌تواند به یک فیلتر قدرتمند تبدیل شود که توانایی جذب ریزترین ذرات موجود در هوا را دارد.

مایکل وارینگ استاد دانشکده مهندسی دانشگاه درکسل و یکی از نویسندگان این پژوهش، در این‌باره می‌گوید: چالش اصلی برای فیلترهای معمولی، جذب ذراتی است که اندازه‌ای کمتر از ۱۰۰ نانومتر دارند، مانند آلاینده‌های حاصل از فرآیندهای صنعتی و خودروها. امکان تقویت یک فیلتر از طریق یک فرآیند پوشش‌دهی ساده، پیشرفت قابل‌توجهی در این حوزه محسوب می‌شود.

این تحقیقات نشان داده است که یک فیلتر پارچه‌ای پلی‌استری که با نانومواد MXene از نوع تیتانیوم کاربید (Titanium Carbide MXene) پوشش داده شده است، قادر به جذب حدود ۹۰ درصد از ذراتی با اندازه ۱۵ تا ۳۰ نانومتر است. این محدوده شامل ویروس‌ها و ریزترین ذرات گرد و غبار می‌شود، بنابراین این روش می‌تواند به‌عنوان یک راهکار کارآمد برای ارتقای فیلترهای هوای شهری و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

براساس این گزارش MXene، که خانواده‌ای از نانومواد است و برای نخستین‌بار توسط محققان دانشگاه درکسل در سال ۲۰۱۱ کشف شد، تاکنون در تصفیه آب، دیالیز کلیوی و جذب هیدروژن کاربرد داشته است. همچنین، این مواد نشان داده‌اند که می‌توانند به بهبود عملکرد فیلترهایی که در محیط‌های پزشکی برای حذف ویروس‌های موجود در هوا استفاده می‌شوند، کمک کنند.

یوری گوگوتسی استاد برجسته دانشگاه درکسل و از محققانی که این ماده را کشف کرده‌اند، در این رابطه می‌گوید: با افزایش حجم تولید و کاهش قیمت، MXene‌ها در حال ورود به کاربردهای متنوعی هستند، به‌ویژه در حوزه‌هایی که به حجم بالای مواد نیاز دارند.

این یافته جدید، گام مهمی در مسیر کشف ویژگی‌های نانومواد MXene محسوب می‌شود، زیرا نشان می‌دهد که این مواد نه‌تنها قادر به جذب ریزترین ذرات معلق در هوا هستند، بلکه می‌توانند به‌سادگی در فرآیند تولید فیلترها ادغام شوند.

در فرآیند آزمایش فیلترهای پوشش داده شده با MXene، محققان به کشف جالب‌توجهی دست یافتند؛ پیش‌تیمار فیلترها با نمک منیزیم، موجب بهبود عملکرد آن‌ها تا ۲۵ درصد شد. این فرآیند باعث شد که راندمان فیلتر به حدود ۹۰ درصد برای ذراتی در اندازه ویروس‌ها برسد، که بسیاری از فیلترهای رایج قادر به جذب آن‌ها نیستند.

بر اساس این پژوهش، افزودن یون‌های فلزات قلیایی خاکی، مانند منیزیم، سطح MXene را فعال‌تر کرده و به گسترش یکنواخت آن بر روی فیلتر کمک می‌کند. این امر باعث ایجاد یک لایه ضخیم‌تر و کانال‌های پیچیده‌تر درون فیلتر شده و در نتیجه قابلیت فیلتراسیون را افزایش می‌دهد.

علاوه بر بهبود عملکرد فیلتراسیون، MXene‌ها رسانایی الکتریکی بالایی دارند. محققان این ویژگی را مورد بررسی قرار داده و دریافتند که اعمال جریان الکتریکی بر روی فیلترهای پوشش‌داده‌شده با MXene، دمای آن‌ها را تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش داده و موجب سوزاندن ذرات و آلاینده‌های گیر افتاده در فیلتر می‌شود. این ویژگی می‌تواند امکان بازیافت و استفاده مجدد از فیلترها را فراهم کند، که یک پیشرفت مهم در زمینه کاهش هزینه‌ها و پسماندهای صنعتی محسوب می‌شود.