مقایسه عملکرد فیلتراسیون نانوالیاف PAN/MgO ساده و پردازش شده با پلاسما در حذف ذرات 1000-10 نانومتری از جریان هوا

نانو الیاف به خودی خود نرم و شکننده است و در تلاش برای حمایت خوب ساختاری معمولا بر روی یک زیرلایه سفت نشانده می شوند. با این حال، یکی از چالش های عمده در ساختارهای اینچنینی، چسبندگی خوب لایه نانوالیاف بر روی زیرلایه است که در این خصوص پردازش پلاسما به عنوان یک روش پاک و سازگار با محیط زیست برای اصلاح سطح تلقی می گردد . مطالعه حاضر به مقایسه عملکرد  فیلتراسیون نانوالیاف هیبریدی پلی آکریلونیتریل (PAN) و نانوذرات اکسید منیزیم (MgO) ساده و پردازش شده با پلاسما در حذف  ذرات ریز از جریان هوا می پردازد.

نانوالیاف از محلول wt % 16 متشکل از پلیمر پلی آکریلونیتریل، نانوذرات اکسید منیزیم  (با نسبت 3:1) و حلال  N، N-دی متیل فرمامید توسط تکنیک الکتروریسی تولید گردیدند. سطح رویی بخش از نانوالیاف تولیدی تحت پردازش پلاسمای سرد با منبع تغذیه فرکانس رادیویی (56/13 مگاهرتز با توان 20 وات) ، گاز تشکیل دهنده آرگون و فشار عملیاتی 2/0 تور قرار گرفتند. آزمون کارایی اولیه در حذف عددی ذرات مطابق استاندارد ISO 29463 و EN 779 انجام گرفت.  افت فشار و فاکتور کیفیت برای مدیاهای تولیدی تعیین گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مطالعات ریخت شناسی الیاف و تعیین قطر الیاف صورت گرفت. از الگوریتم های تجزیه و تحلیل تصاویر  SEMاز طریق نرم افزار MATLAB  برای محاسبه درصد تخلخل مدیاها استفاده شد. به منظور تایید حضور نانوذرات اکسید منیزیم در نانوالیاف PAN/MgO الگوی پراش ایکس (XRD از آنها تهیه شد.

یافته ها:

 نانوالیاف PAN/MgO ساده از قطر الیاف (56/65±38/221 نانومتر) کوچکتری برخوردار بود و انجام پردازش پلاسما باعث افزایش قطر الیاف (62/72±07/295 نانومتر)  شده است. از نظر ریخت شناسی، هر دو نوع نانوالیاف دانه دار و میزان تخلخل سطحی نانوالیاف PAN/MgO ساده و پردازش شده به ترتیب 41 و 48 درصد بود. نتایج ارزیابی عملکرد مدیاهای تولیدی در حذف عددی ذرات نشان داد که میانگین کارایی اولیه مدیای ساده و پردازش شده به ترتیب 07/6±37/90 و 86/8±60/73 درصد برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری محاسبه گردید. حداقل میانگین کارایی (%60/81) و حداکثر میانگین کارایی (%89/97)  مدیای ساده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود.  حداقل میانگین کارایی (%57/51) و حداکثر میانگین کارایی (%25/99) مدیای پردازش شده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود.  میانگین افت فشار اولیه مدیای ساده و پردازش شده در سرعت سطحی آزمون به ترتیب 11/3±22/78 و  33/2±00/22 پاسکال و میانگین فاکتور کیفیت آنها برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری به ترتیب برابر 029/0 و  060/0 (پاسکال/1) تعیین شد.

به طور کلی، بیشترین درصد کارایی فیلتراسیون و کمترین میزان افت فشار به ترتیب برای مدیای PAN/ MgO ساده و پردازش شده بدست آمد. با این حال بالاترین فاکتور کیفیت متعلق به مدیای پردازش شده بود. با انجام پردازش پلاسما اگرچه کارایی جمع آوری ذرات کاهش پیدا کرد ولی با کاهش چشمگیر افت فشار مدیا در نهایت فاکتور کیفیت نسبت به مدیای ساده میزان قابل توجه تری را بدست آورد.