科学探索|新的空气过滤器同时具备超高性能和在恶劣环境中的耐用性新的空气过滤器同时具备超高

一个中国研究小组设计了一种高性能的复合海绵，能在高温和高湿度环境下有效地过滤颗粒物质。该海绵具有优良的机械性能，由环保材料制成。这种过滤器在帮助解决汽车和工业中的空气污染方面有很大的潜力。这项工作由福州大学的一个中国研究小组完成，研究结果今天（2022年10月3日）发表在Particuology杂志上。

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来自汽车尾气和工业烟囱的颗粒物对人类和环境都构成了巨大的威胁。世界各国都存在与气体污染有关的问题。颗粒物污染对人类特别危险，因为它可以损害中枢神经系统和呼吸系统。研究人员一直在努力建造更好的空气过滤器，以解决空气污染问题，改善环境质量。然而，到目前为止，正在开发的空气过滤器在恶劣的环境中表现不佳，高温、高湿度或需要长时间过滤的环境带来了更多挑战。
为了建造一个更好的空气过滤器，该科学家团队设计了一个三维粒子捕获装置。他们使用一个简单的牺牲模板方法来创建一个聚二甲基硅氧烷（PDMS）海绵。接下来，他们用一种原位加载方法将聚多巴胺（PDA）涂层涂在海绵骨架上。然后，大量的ZIF-8颗粒被生长在PDA涂层上。ZIF-8是一种金属有机框架，这是一类多孔材料，在结构和化学可调性方面具有多样性。金属有机框架在气体吸附和空气过滤领域表现出良好的应用潜力。复合海绵中丰富的孔隙提供了良好的气流，ZIF-8颗粒增强了海绵的过滤性能。

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来自汽车尾气和工业烟囱的颗粒物要求过滤器具有耐高温和高湿的特性，以及良好的机械性能。
该团队在模拟工业高温环境的高温（250摄氏度/482华氏度）和高湿度（90%相对湿度）条件下测试了他们的海绵。高温和高湿条件下的测试结果表明，复合海绵在工业领域的应用潜力很大。
对复合海绵的进一步测试复制了用于过滤汽车尾气的条件。由于海绵可以很容易地被塑形，并具有结构稳定性，它可以很容易地根据需要被用于不同的场景中。所以研究人员准备了复合海绵，以适应排气管口。在模拟汽车正常运行时排放的尾气的汽车尾气测试中，复合海绵的颗粒物去除效率达到99%以上。即使经过65小时的过滤，复合海绵仍然保持了优异的性能。
福州大学教授赖跃坤说："这项研究为设计能够适应恶劣环境的3D高效空气过滤器提供了一个新思路。由于复合海绵具有良好的结构稳定性，而且还可以很容易地进行塑形，因此它适合用于从汽车排气管到工业烟囱到厨房风扇的各种应用。"
【科学探索|新的空气过滤器同时具备超高性能和在恶劣环境中的耐用性】"在下一步，我们的研究团队将探索能够适应更高的温度的气体过滤器，以及处理空气污染物的某些成分的方法，而不仅仅是颗粒物的过滤，通过这种方式，研究人员可能会扩大气体过滤器的应用场景，同时提高实际应用的潜力。我们的最终目标是实现一种可以在各种环境中使用的气体过滤器，以及一种具有各种功能的高效过滤材料，"赖说。