Le filtre à air présente d'excellentes performances et une endurance dans les environnements difficiles

3 octobre 2022

par Particulologie

Une équipe de chercheurs a conçu une éponge composite haute performance qui fonctionne efficacement pour filtrer les particules dans des environnements à haute température et à forte humidité. L'éponge, aux excellentes propriétés mécaniques, est composée de matériaux respectueux de l'environnement. Ce filtre a le potentiel d'aider à lutter contre la pollution de l'air dans les automobiles et dans l'industrie.

L'équipe de chercheurs chinois de l'Université de Fuzhou a publié ses travaux dans la revue Pecuology le 3 octobre 2022.

Les particules provenant des gaz d'échappement des automobiles et des cheminées industrielles représentent un danger important pour les humains et l'environnement. Le problème de la pollution par les gaz d'échappement existe dans des pays du monde entier. La pollution particulaire est particulièrement dangereuse pour l'homme, altérant le système nerveux central et le système respiratoire. Pour résoudre le problème de la pollution de l'air et améliorer la qualité de l'environnement, les scientifiques ont travaillé à la construction de meilleurs filtres à air. Mais jusqu'à présent, les filtres à air en cours de développement n'ont pas bien fonctionné dans des environnements difficiles, où des températures élevées, une humidité élevée ou la nécessité de longues périodes de filtration posent des défis supplémentaires.

Pour construire un meilleur filtre à air, l'équipe de recherche a conçu un dispositif de capture de particules en trois dimensions. Ils ont utilisé une méthode simple de modèle sacrificiel pour créer une éponge de polydiméthylsiloxane (PDMS). Ensuite, ils ont appliqué un revêtement de polydopamine (PDA) sur le squelette de l'éponge en utilisant une méthode de chargement in situ. Ensuite, un grand nombre de particules de ZIF-8 ont été cultivées sur le revêtement PDA. ZIF-8 est une structure métallo-organique, une classe de matériaux poreux qui sont polyvalents dans leur accordabilité structurelle et chimique. Les charpentes organométalliques présentent un bon potentiel d'applications dans les domaines de l'adsorption des gaz et de la filtration de l'air. Les pores abondants de l'éponge composite assurent une bonne circulation de l'air et les particules ZIF-8 améliorent les performances de filtration de l'éponge.

L'équipe a testé son éponge dans des conditions de température élevée (250 degrés Celsius) et d'humidité élevée (90 % d'humidité relative) qui simulaient un environnement industriel à haute température. Les résultats aux hautes températures et humidité montrent le fort potentiel de l'éponge composite pour des applications dans l'industrie.

L'équipe a ensuite testé l'éponge composite dans les conditions requises pour une utilisation dans le filtrage des gaz d'échappement des automobiles. L'éponge peut être facilement façonnée et a une stabilité structurelle, ce qui lui permet d'être utilisée dans différents scénarios, selon les besoins. L'équipe a donc préparé l'éponge composite pour s'adapter à l'embouchure du tuyau d'échappement. Lors des tests d'échappement d'automobiles, qui simulaient les gaz d'échappement émis par les automobiles en fonctionnement normal, l'éponge composite a atteint une efficacité de plus de 99 % dans l'élimination des particules. Même après 65 heures de filtration, l'éponge composite atteint toujours d'excellentes performances.

"Cette étude fournit une nouvelle idée pour concevoir des filtres à air 3D à haut rendement qui peuvent s'adapter aux environnements difficiles", a déclaré Yuekun Lai, professeur à l'Université de Fuzhou. Étant donné que l'éponge composite a une bonne stabilité structurelle et peut également être facilement façonnée, elle convient à une utilisation dans des applications allant de l'échappement automobile aux cheminées industrielles en passant par les ventilateurs de cuisine.

"Dans la prochaine étape, notre équipe de recherche explorera des filtres à gaz qui peuvent s'adapter à des températures plus élevées, ainsi que des moyens de traiter certains composants des polluants atmosphériques, pas seulement la filtration des particules", a déclaré Lai. De cette manière, les chercheurs pourraient élargir les scénarios d'application des filtres à gaz et également améliorer le potentiel d'applications pratiques. "Notre objectif ultime est de réaliser un filtre à gaz qui peut être utilisé dans une variété d'environnements, et un matériau de filtre à haute efficacité avec une variété de fonctions", a déclaré Lai.

L'équipe de recherche comprend Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang et Yuekun Lai du Collège de génie chimique de l'Université de Fuzhou. Cai, Huang et Lai travaillent également au laboratoire d'innovation de Qingyuan.

Plus d'information: Yukui Gou et al, Rational a conçu une éponge composite ZIF-8@PDA@PDMS pour un filtrage efficace et durable des particules dans un environnement difficile, Particuology (2022). DOI : 10.1016/j.partic.2022.09.001