Институт Кумо: мат из силикатных нановолокон уловил 98,6% частиц размером 2–4 мкм

Исследователи Национального технологического института Кумо определили условия получения силикатных нановолокон, устойчивых к нагреву и химическому воздействию, сообщает shinailbo.co.kr. Группа профессоров Ын Чжон Хёна и Соль Ин Хвана (материаловедение и дизайн материалов) сообщила, что волокна, изготовленные в оптимальных условиях, в фильтрационном тесте уловили 98,6% частиц размером 2–4 мкм shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. Результаты опубликованы онлайн 24 октября в журнале Journal of Membrane Science shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.

Условия получения силикатных нановолокон

Силикатные нановолокна устойчивы к нагреву и химическим веществам, поэтому их рассматривают для высокотемпературных и коррозионных сред, где обычные полимерные фильтры применять трудно. В качестве возможных областей авторы называют фильтрацию горячих выхлопных газов на металлургических заводах, электростанциях и мусоросжигательных установках, а также удаление мелких частиц в химических процессах shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. Для стабильной структуры волокна необходимо точно регулировать соотношение прекурсора кремнезёма TEOS и полимера PVP shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.

Группа меняла концентрацию TEOS от 8 до 24 мас.%, количество PVP и время выдержки прядильного раствора, анализируя изменения структуры волокон. Однородные нановолокна без структурных дефектов получились при 18 мас.% TEOS и 2,4 г PVP shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. В статье «Balancing reaction kinetics and chain entanglement for structurally stable electrospun silica nanofibers in TEOS/PVP systems» описано управление скоростью реакции и зацеплением полимерных цепей в электроспряденных волокнах shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.

Термообработка при 300 °C сохранила форму волокон и повысила прочность на разрыв с примерно 0,14 до 0,30 МПа, то есть на 114,3% shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.

Объёмное формование фильтрующего мата

В эксперименте по формованию мат из нановолокон оптимального состава поместили между верхней и нижней формами, напечатанными на 3D-принтере, и приложили давление. Мат принял объёмную форму без разрывов и отверстий shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. По словам исследователей, силикатные нановолокна ранее было трудно формовать, а результат указывает на возможность делать фильтры под геометрию оборудования, например цилиндрические картриджи shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.

Группа также предполагает применение в промышленных пылеуловителях, а также в фильтрах чистых помещений и вытяжных систем при производстве полупроводников, дисплеев и аккумуляторов shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. В описанных экспериментах эти применения не проверялись.

Первый автор работы — магистрант Ли Сон Бин; Соль Ин Хван и Ын Чжон Хён — соавторы-корреспонденты shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗. Ын Чжон Хён заявил, что, найдя баланс между скоростью реакции и зацеплением цепей, работа даёт принципы проектирования неорганических нановолокон для фильтров, где нужна термическая стабильность shinailbo.co.krshinailbo.co.krshinailbo.co.krОткрыть источник ↗.