کاربرد گرافن در فیلتر هوا - ایران گرافن

در این بخش به کاربرد گرافن در فیلتر هوا خواهیم پرداخت:

در دهه اخیر مسائل زیست محیطی مانند ذرات معلق (PM)  به دلیل اثرات مضر آنها بر سلامت انسان، روز به روز جدی تر شده اند. به طور کلی در محیط جوی شهر، غلظت TSP از استاندارد فراتر می رود. آلودگی دی اکسید گوگرد در سطح بالاتری قرار دارد. حجم انتشار کل آلاینده های اگزوز خودرو به شدت افزایش می یابد. آلودگی اکسیدهای نیتروژن روند افزایشی دارد. به خصوص اخیرا هوای مه آلود که بارها در بسیاری از شهرهای بزرگ و صنعتی دیده شده است، سلامت و زندگی مردم را تهدید می کند. ترکیب شیمیایی و مکانیسمی که هوای مه آلود را ایجاد می کند بسیار پیچیده است و ممکن است باعث ایجاد بیماری های مختلفی شود.

همچنین، ممکن است ویروس، میکروب و غیره بر روی ذرات هوا چسبیده و باعث گسترش انواع بیماری ها شوند. به عنوان یک آلاینده اصلی، ذرات معلق با قطر 2.5 میکرومتر یا کمتر، به نام PM2.5، می توانند به ریه ها استنشاق شوند و قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می تواند عواقب سلامتی جدی برای انسان ایجاد کند. در حال حاضر تصفیه کننده چندگانه هوا و مواد مهارکننده در بازار وجود دارد، اما عمدتاً نمی تواند PM2.5 را فیلتر کند.

همچنین هزینه فیلتر کننده خوب که اثر مسدود کنندگی دارد، بسیار بالا است. بنابراین فیلتر هوای مناسب مورد نیار می باشد که خاصیت جذب عالی و خاصیت ضد میکروبی داشته باشد. نفوذپذیری گاز بهتری را دارا باشد و به طور موثر بتواند آلودگی های جوی مانند PM 2.5 را فیلتر کند. همچنین فناوری آماده سازی ساده تر، مواد اولیه با کیفیت تر و هزینه پایین تر را دارا باشد.

گرافن در فیلترهای هوا

گرافن از زمان کشف به علت خواص بیشماری که دارد مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در سال‌های اخیر نیز به یک ماده اصلی تحقیقات علمی تبدیل شده است. گرافن به دلیل خواص منحصر به فردش، ماده موثری برای فیلترهای هوا است. گرافن یک لایه منفرد از اتم های کربن است که در یک شبکه شش ضلعی چیده شده اند که به آن نسبت سطح به حجم بالا و استحکام مکانیکی عالی می دهد. همچنین رسانایی بالایی دارد و برای فیلترهای هوای الکترواستاتیک مفید است.

یکی از کاربردهای گرافن در فیلتر هوا به عنوان پوشش روی فیلترهای سنتی است. پوشش گرافن می تواند کارایی فیلتر را با جذب ذرات کوچکتر و کاهش افت فشار در سراسر فیلتر بهبود بخشد. نشان داده شده گرافن تا 99.97 درصد از ذرات کوچک 0.3 میکرون را جذب می کند.

یکی دیگر از کاربردهای گرافن در فیلتر هوا، به عنوان یک ماده فیلتر مستقل است. آئروژل های گرافن، که مواد بسیار متخلخل ساخته شده از اکسید گرافن هستند، در جذب آلاینده هایی ماند اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار موثر هستند. این آئروژل ها را می توان در تصفیه کننده های هوای داخل ساختمان یا در محیط های صنعتی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای استفاده کرد.

به طور کلی گرافن پتانسیل زیادی برای بهبود کیفیت هوا از طریق استفاده آن در فناوری های فیلتر هوا دارد. سطح بالای آن، آن را به یک ماده همه کاره تبدیل کرده است که می تواند در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

فواید کاربرد گرافن در فیلتر هوا

(1) راندمان فیلتراسیون بالا: فیلتر گرافنی نه تنها دارای سطح جذب فوق العاده بالایی است، سطح آن نیز دارای مقدار زیادی رادیکال اکسی است که اثر جذب آن را بیشتر تقویت می کند.

(2) دوام بالا: گرافن ماده ای قوی و بادوام است که می تواند در برابر دمای بالا مقاومت کند و برای استفاده در فیلترهای هوا ایده آل است. چقرمگی فیلتر های گرافنی و استحکام آنها نسبت به فیلتر های بدون گرافن بالاتر است.

(3) سبک و انعطاف بالا: فیلترهای گرافنی از انعطاف پذیری بالایی برخوردار هستند که نصب و تعویظ آن ها را آسان می کند.

(4) منافذ ریز: اندازه منافذ موجود در فیلتر به زیر میکرون کاهش یافته است که مانع از عبور آلاینده ها شده و سبب حذف آن ها می شوند.

(5)خواص ضد باکتریایی: دارای اثر ضد باکتریایی است و از رشد باکتری ها بر روی سطح فیلتر جلوگیری می کند.

(6) دوستدار محیط زیست: فیلترهای گرافنی غیر سمی بوده و دوستدار محیط زیست هستند. این فیلترها قابلیت بازیافت و استفاده مجدد را دارند و ضایعات و آلودگی را کاهش می دهند.

(7) تمیز کردن آسان: فیلترهای هوای گرافنی به راحتی تمیز و نگهداری می شوند، زیرا می توان آنها را با شست و یا با یک پارچه مرطوب پاک کرد.

 (8) مقاومت کم در برابر جریان هوا: فیلترهای هوای گرافنی مقاومت کمی در برابر جریان هوا دارند، به این معنی که مانع عبور هوا از فیلتر نمی شوند و در نتیجه تهویه بهتری دارند.

(9) پردازش راحت: عملکرد مکانیکی و ویژگی های پردازش خوبی دارد، از آن می توان به عنوان مواد فیلتر مانند دیسک فیلتر ماسک دهان، صفحه فیلتر تهویه مطبوع، فیلتر خودرو همچنین می توان به طور همزمان در زمینه هایی مانند مواد رنگزا، جذب خاک چرب استفاده کرد.

فیلتر هوای گرافن خود استریل شونده

فیلتر هوای گرافن خود استریل شونده نوع دیگری از فیلترهای مبتنی بر گرافن است که برای از بین بردن میکروب ها و محصولات مضر آنها در بیمارستان ها و سایر محیط های مراقبت های بهداشتی ساخته شده است.

این فیلتر یک فوم گرافن متخلخل است که به وسیله فناوری گرافن القا شده با لیزر (LIG)  تولید شده است. وقتی یک برش لیزری صنعتی سطح یک ورق پلی‌آمید را گرم می‌کند، یک پلیمر با استحکام بالا تشکیل می شود. اگر LIG برای استفاده به عنوان فیلتر با تشکیل گرافن در دو طرف پلی آمید تطبیق داده شوند، یک شبکه سه بعدی نازک و قوی از پلیمر تولید می شود که فوم گرافن را تولید می کند.

فیلتر فوم به دلیل ساختار خود می تواند میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها و قارچ ها را به همراه سایر آلاینده های موجود در هوا مانند اسپورها، پریون ها و ترکیبات سمی مختلف که در ذرات معلق در هوا، قطرات و ذرات وجود دارند، را جذب کند. این فیلتر با گرم کردن دوره‌ای تا دمای 350 درجه سانتی‌گراد (660 درجه فارنهایت) در نتیجه عبور الکتریسیته از آن، آنچه را که می‌گیرد به دام می‌اندازد و از بین می‌برد. برای رسیدن به این دما نیازی به برق زیادی ندارد و فقط چند ثانیه طول می کشد تا دوباره خنک شود.

دمای 350 درجه سانتی‌گراد به اندازه‌ای گرم است که میکروارگانیسم‌ها و هر محصول جانبی را که می‌تواند میکروب‌های جدید را تغذیه کند، و همچنین هر مولکولی که می‌تواند باعث واکنش‌های بیولوژیکی نامطلوب و بیماری شود، از بین ببرد و باعث استریل سازی فیلتر شود. قابلیت خود استریل‌سازی می‌تواند به فیلترهای LIG عمر طولانی‌تری بدهد تا کاربران نیازی به تعویض آن‌ها به اندازه فیلترهای هوای معمولی نداشته باشند.

منبع:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b05983

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128145487000040