ارزیابی ظرفیت غبارگیری مدیای نانولیفی الکتروریسی شده و توانایی آن در ربایش گردوغبار مصنوعی

زمینه و هدف: امروزه، فیلتراسیون هوا توسط نانوالیاف توجه محققین بسیاری را به خود جلب کرده است که این می تواندناشی از سطح جمع آوری زیاد و مقاومت پایین آن ها در برابر عبور هوا باشد. مطالعه حاضر به ارزیابی ظرفیت غبارگیری مدیاینانولیفی و توانایی آن در ربایش گردوغبار مصنوعی، به منظور تعیین قابلیت آن در حذف جرمی ذرات با تراکم های مختلفمی پردازد. در عین حال کارایی اولیه مدیای تولیدی در حذف عددی ذرات نیز مورد بررسی قرار می گیرد.مواد و روش ها: در ابتدا محلول 16 درصد وزنی از پلیمر پلی آکریلونیتریل و حلال دی متیل فرمامید آماده و سپس نانوالیافتوسط تکنیک الکتروریسی تولید گردیدند. نانوالیاف حین فرایند تولید بر روی لایه اسپان باند پلی پروپیلن نشانده می شدند.آزمون کارایی اولیه در حذف عددی ذرات مطابق استاندارد ISO 29463 در آزمایشگاه وابسته به انیستیتو ایمنی محصولات نانوکشور کره جنوبی در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه هانیانگ انجام گرفت. این آزمون توسط تزریق ذرات کلرید پتاسیم دررنج سایزی 10 نانومتر تا 1000 نانومتر در تونل تست و شمارش ذرات در پایین دست و بالادست مدیای فیلتر توسطدستگاه های طیف سنج روبشی نانوذرات و شمارشگر نوری ذرات انجام گردید. برای انجام آزمون ربایش گردوغبار مصنوعی و یا ارستنس (Arrestance) مطابق استاندارد BS EN 779، مجموع ذراتی شامل 72% ذرات ایزوفاین A2-12103؛ 23% وزنیکربن سیاه، 5% الیاف کوتاه چسبیده به تخم پنبه استفاده گردید. برای انجام این آزمون، یک فیلتر هپا در انتهای تونل تست بهاسم فیلتر نهایی قرار داده شد. قبل و بعد از هر بار تزریق وزن فیلتر نهایی سنجش گردید. در ابتدا 30 میلی گرم گردوغبار بامیزان افزایش 0/1± گرم در دستگاه تزریق گردوغبار (داست فیدر) قرار داده و گردوغبار با غلظت 7 میلی گرم بر مترمکعب تا رسیدن با افت فشار معین (به طور مثال 45 پاسکال) برای مدیای تست تزریق شد. میزان ارستنس و کارایی بعد از هر بارتزریق گردوغبار محاسبه شدند. بعد از تزریق 30 میلی گرم اولیه، حداقل 4 بار افزایش گرم تزریق وجود خواهد داشت تا افتفشار نهایی مدیای تست به طور مثال به 265 پاسکال برسد. ویژگی های ریخت شناسی (مورفولوژی)، قطر و تخلخل سطحینانوالیاف تولیدی با استفاده از تهیه تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت.یافته ها: نتایج ارزیابی عملکرد مدیای تولیدی در حذف عددی ذرات نشان داد که میانگین کارایی اولیه برای جمع آوریذرات 100 و 300 نانومتری به ترتیب 2/46±51/34 و 1/89±52/45 درصد و میانگین کلی کارایی اولیه برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری برابر 19/62±72/06 درصد محاسبه گردید. میانگین افت فشار اولیه مدیا در سرعت سطحیآزمون (10 سانتی متر بر ثانیه) 1/45±27/70 پاسکال و میانگین فاکتور کیفیت آن برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000نانومتری برابر 0/046 (پاسکال/1) تعیین شد. نتایج تست ارستنس حاکی از آن بود که با افزایش جرم ذرات تزریقی در مراحل مختلف بارگذاری، افت فشار مدیا نیز افزایش می یابد. با افزایش جرم تزریقی، کارایی جمع آوری ذرات در گستره اندازه هایمختلف نیز افزایش می یافت و به طور کلی، کارایی مدیا در حذف ذرات درشت تر، بیشتر بود. در بیشتر اندازه ذرات، درصدکارایی مربوط به مرحله آخر بارگذاری (افت فشار 265 پاسکال) از سایرین بالاتر بود. در مراحل ابتدایی تر بارگذاری ذرات، افتقابل توجهی در کارایی برای ذرات 330-30 نانومتر وجود داشت که با افزایش جرم تزریقی ذرات در مراحل بالاتر بارگذاری، این موضوع کم رنگ تر شد. ظرفیت غبارگیری و میزان گیراندازی (ارستنس) مدیا برای افت فشار نهایی 265 پاسکال، بهترتیب حدود 180 میلی گرم و 99/86 درصد محاسبه گردید. مطابق این محاسبات کارایی متوسط مدیای نانولیفی برای گیراندازی ذرات 0/4 میکرونی برابر 79/32 درصد می باشد که طبق کلاس بندی EN779 معادل کلاس M6 می باشد. میانگین کلی ارستنس نیز بعد از 6 مرحله بارگذاری حدود 99/86 درصد محاسبه گردید. نتایج مشخصات ریخت شناسی نانوالیاف تولیدی نشان داد که میانگین قطر الیاف 380 نانومتر و با ضریب تغییرات 1/20، از نظر مورفولوژی الیاف غیر یکنواخت و تخلخل سطحی آن 51 درصد تعیین گردید. نتیجه گیری: نانوالیاف تولیدی، تخلخل بالایی داشته که همین موضوع باعث کاهش مقاومت مدیا در برابر عبور هوا، افزایش نفوذ پذیری آن و کاهش افت فشار شده است. از اینرو با وجود کارایی متوسطآن، به علت افت فشار ناچیز، نمره فاکتور کیفیت قابل قبولی را کسب نموده است. ظرفیت غبارگیری مدیای حاضر نسبت بهمدیاهای تجاری (به طور مثال 461 گرم برای افت فشار نهایی 450 پاسکال) بسیار ناچیز است، ولی شایان ذکر است کهمدیای مورد آزمون دارای ضخامت 0/1 میلی متر و سطح مقطع 28/26 سانتی مترمربع و فیلترمدیاهای تجاری که با متد EN779 مورد تست ارستنس قرار می گیرند دارای سطح مقطع 0/35 متر مربع با حداقل ضخامت 10 سانتی متر می باشند. کارایی جمع آوری و ظرفیت غبارگیری مناسب در کنار ضخامت کم مدیاهای نانولیفی، قابلیت بکارگیری آنها را در مباحث فیلتراسیون هوا مشخص تر می نماید.

Keywords:

نانوالیاف , الکتروریسی , فیلتر , ظرفیت غبارگیری , آزمون ارستنس