에어 필터는 열악한 환경에서 탁월한 성능과 내구성을 보여줍니다.

2022년 10월 3일

작성자: Particuology

연구진은 고온 및 고습 환경에서 입자상 물질을 효과적으로 필터링하는 고성능 복합 스폰지를 설계했습니다. 우수한 기계적 특성을 지닌 스펀지는 친환경 소재로 제작되었습니다. 이 필터는 자동차와 산업계의 대기 오염을 방지하는 데 도움이 될 가능성이 있습니다.

푸저우 대학의 중국 연구자 팀은 2022년 10월 3일 Particuology 저널에 연구 결과를 발표했습니다.

자동차 배기가스 및 산업 굴뚝에서 나오는 입자상 물질은 인간과 환경 모두에 심각한 위험을 초래합니다. 배기가스로 인한 오염 문제는 전 세계적으로 존재합니다. 미립자 오염은 인간에게 특히 위험하며 중추신경계와 호흡기계를 손상시킵니다. 대기 오염 문제를 해결하고 환경의 질을 개선하기 위해 과학자들은 더 나은 공기 필터를 만들기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 현재까지 개발 중인 공기 필터는 고온, 다습 또는 장기간의 여과 필요성으로 인해 추가적인 문제가 발생하는 혹독한 환경에서 제대로 작동하지 않았습니다.

더 나은 공기 필터를 만들기 위해 연구팀은 3차원 입자 포집 장치를 설계했습니다. 그들은 폴리디메틸실록산(PDMS) 스폰지를 만들기 위해 간단한 희생 템플릿 방법을 사용했습니다. 다음으로 그들은 현장 로딩 방법을 사용하여 폴리도파민(PDA) 코팅을 스폰지 뼈대에 적용했습니다. 그런 다음 PDA 코팅 위에 많은 수의 ZIF-8 입자가 성장했습니다. ZIF-8은 구조적, 화학적 조정 가능성이 다양한 다공성 물질의 일종인 금속-유기 골격입니다. 금속-유기 구조물은 가스 흡착 및 공기 여과 분야에 적용할 수 있는 좋은 잠재력을 나타냅니다. 복합 스펀지의 풍부한 기공은 공기 흐름을 좋게 하고 ZIF-8 입자는 스펀지의 여과 성능을 향상시킵니다.

팀은 산업 고온 환경을 시뮬레이션한 고온(섭씨 250도) 및 고습(상대습도 90%) 조건에서 스폰지를 테스트했습니다. 높은 온도와 습도에서의 결과는 복합 스펀지가 산업 분야에 적용할 수 있는 강력한 잠재력을 보여줍니다.

연구팀은 자동차 배기가스를 필터링하는 데 필요한 조건에서 복합 스펀지를 추가로 테스트했습니다. 스펀지는 쉽게 모양을 만들 수 있고 구조적 안정성이 있어 필요에 따라 다양한 시나리오에서 사용할 수 있습니다. 그래서 팀은 배기관 입구에 맞도록 복합 스펀지를 준비했습니다. 정상 작동 중 자동차에서 배출되는 배기가스를 시뮬레이션한 자동차 배기가스 테스트에서 복합 스펀지는 99% 이상의 입자상 물질 제거 효율을 달성했습니다. 65시간의 여과 후에도 복합 스펀지는 여전히 우수한 성능을 달성했습니다.

푸저우 대학의 Yuekun Lai 교수는 “이 연구는 혹독한 환경에 적응할 수 있는 3D 고효율 공기 필터를 설계하기 위한 새로운 아이디어를 제공합니다.”라고 말했습니다. 복합스펀지는 구조적 안정성이 좋고 성형이 용이하기 때문에 자동차 배기가스부터 산업용 굴뚝, 주방팬에 이르기까지 다양한 용도로 사용하기에 적합합니다.

Lai는 "다음 단계에서 우리 연구팀은 더 높은 온도에 적응할 수 있는 가스 필터는 물론 미립자 물질 여과뿐만 아니라 대기 오염 물질의 특정 구성 요소를 처리하는 방법도 연구할 것입니다."라고 말했습니다. 이러한 방식으로 연구원들은 가스 필터의 적용 시나리오를 확장하고 실제 적용 가능성을 향상시킬 수 있습니다. 라이 교수는 “우리의 궁극적인 목표는 다양한 환경에서 사용할 수 있는 가스 필터와 다양한 기능을 갖춘 고효율 필터 소재를 만드는 것”이라고 말했다.