ОЧИЩЕННЯ РІДКИХ ТА ГАЗОВИХ СЕРЕДОВИЩ З ВИКОРИСТАННЯМ ТОНКОВОЛОКНИСТИХ ФІЛЬТРУВАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990302025347272Ключові слова:
фільтрувальні матеріали, мікроволокна, поліпропілен, мінеральні нанодобавки, кремнезем, затримувальна здатність, ефективність очищення.Анотація
Використання фільтрувальних та адсорбційних матеріалів виявляється ефективним підходом до вирішення поширеної проблеми забруднення рідких чи газових середовищ. В статті досліджувались фільтрувальні матеріали і пучки мікроволокон, одержані переробкою розплавів сумішей поліпропілен/співполіамід складу 30/70 мас. % та модифікованих нанонаповнених композицій. Як нанодобавки вибрали пірогенний кремнезем марки А-300, кремнезем марки МАС-200М, а також кремнезем з нанесеними на його поверхню наночастинками діоксиду титану та кремнію TiO2/SiO2. Добавки вводили в кількості 1,0 мас.%. Переробкою вихідної та нанонаповнених сумішей були одержані зразки фільтрувальних матеріалів з товщиною фільтрувального шару (200±20) мкм з однорідною структурою. Встановлено, що додавання твердих мінеральних нанодобавок не змінює характер процесу структуроутворення мікроволокон поліпропілену. Виконані мікроскопічні дослідження показали, що переважаючим типом структури для всіх композицій є мікрофібрили. Модифіковані фільтрувальні матеріали затримують механічні домішки розміром 0,5 мкм і вище з ефективністю 100 %. При цьому зростає також прецизійність фільтрації. Значне покращення одного із основних показників фільтрів обумовлене підвищенням однорідності структури фільтрувального шару за рахунок зменшення середнього діаметра мікроволокон майже у 2 рази та підвищення їх однорідності розподілу за діаметрами.
Показано, що використання як нанонаповнювачів вихідного та модифікованих кремнеземів дає можливість покращити прецизійність і ефективність фільтрувальних матеріалів. При цьому одночасно зростає їх продуктивність у 2,6÷3,0 рази, що обумовлено зменшенням гідравлічного опору фільтрувального шару. Таким чином, тонковолокнисті нанонаповнені поліпропіленові ФМ можуть використовуватися для очищення питної води, повітря та рідких і газових технологічних середовищ різних галузей промисловості.
Посилання
Sutherland K. Filters and Filtration: Handbook / Ken Sutherland. – 5th ed. – Oxford: Elsevier, 2008. – 536 p.
Institute for Health Metrics and Evaluation. – Режим доступу: https://www.healthdata.org/news-events/newsroom/news-releases/new-report-shows-nearly-9-10-global-air-pollution-deaths-are (дата звернення: 5.12.2025).
Sustainable pollution treatment system through Fiber filter materials / Tianyu Luo, Junze Zhang, Jiaqi Wang, Hanzi Shi, Yan Hong, Run Zhao // Sustainable Materials and Technologies. – 2024. – Vol. 42, no. 4. – e01168. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01168
Chikao Kanaoka. Fine Particle Filtration Technology Using Fiber as Dust Collection Medium / Chikao Kanaoka // KONA Powder and Particle Journal. – 2019. – Vol. 36, no.1. – P. 88-113 https://doi.org/10.14356/kona.2019006
Yesil Y. Structure and mechanical properties of polyethylene melt blown nonwovens / Y. Yesil, G.S. Bhat // Int. J. Sci. Tech. – 2016. – V.28, no.6. – P. 780-793. DOI: 10.1108/IJCST-09-2015-0099
Mechanically robust and recyclable cross-linked fibers from melt blown anthracene-functionalized commodity polymers / K. Jin, D. Banerji, F.S. Bates, C.J. Ellison // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2019. – Vol. 11, no. 13. – P. 12863-12870. DOI: 10.1021/acsami.9b00209
Electrospinning versus fiber production methods: from specifics to technological convergence / C.J. Luo, S.D. Stoyanov, E. Stride, E. Pelan, M. Edirisinghe // Chem. Soc. Rev. – 2012. – Vol. 41, no.13. – P. 4708-4735. DOI: 10.1039/c2cs35083a
Li H. Needleless melt-electrospinning of biodegradable poly(lactic acid) ultrafine fibers for removal of oil from water / H. Li, Y. Li, W. Wang // Polymer. – 2017. – Vol.9, no. 2. – P. 3-12. https://doi.org/10.3390/polym9020003
Micro and nano fibrillar composites (MFCs and NFCs) from polymer blends / ed. by S. Thomas, R. K. Mishra, N. Kalarikka. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2017. – 372 p. DOI: 10.1016/C2016-0-01649-2
Synthesis and filtration properties of polyimide nanofiber membrane/carbon woven fabric sandwiched hot gas filters for removal of PM 2.5 particles / Q. Wang, Y. Bai, J. Xie, Q. Jiang, Y. Qiu // Powder Technol. – 2016. – Vol. 292, no. 6. – P. 54-63. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.01.008
Multilevel structured polyacrylonitrile/silica nanofibrous membranes for high-performance air filtration / N. Wang, Y. Si, N. Wang, G. Sun, M. El-Newehy, S. S. Al-Deyab, B. Ding // Separation and Purification Technology. – 2014. – Vol. 126, no. 6. – P. 44-51. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.02.017
Production of high-performance multi-layer fine-fibrous filter materials by application of material extrusion-based additive manufacturing / V.A. Beloshenko, V.P. Plavan, N.M. Rezanova, B.M. Savchenko, I. Vozniak // Int. J. Adv. Manuf. Techn. – 2019. – Vol. 101. – P. 2681-2688. https://doi.org/10.1007/s00170-018-3152-x
Production of Filter Material from Polypropylene/Copolyamide Blend by Material Extrusion-Based Additive Manufacturing: Role of Production Conditions and ZrO2 Nanoparticles / V. Beloshenko, V. Chishko, V. Plavan, N. Rezanova, B. Savchenko, N. Sova, I. Vozniak // 3D Printing and Additive Manufacturing. – 2021. – Vol. 8, no. 4. – P. 253–262. DOI: 10.1089/3dp.2020.0195
Fredi G. Compatibilization of biopolymer blends: A review / Giulia Fredi, Andrea Dorigato // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. – 2024. – Vol. 7, no. 4. – P. 373-404 https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2023.11.002
Formation of microfibrillar structure of polypropylene/copolyamide blends in the presence of nanoparticles of metal oxides / N.M. Rezanova, Yu.O. Budash, V.P. Plavan, V.I. Bessarabov // Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. – 2021. – № 1. – P. 71-78. DOI: 10.32434/0321-4095-2021-134-1-71-78
Nanoparticle Synthesis and Their Integration into Polymer-Based Fibers for Biomedical Applications / J.M. Domingues, C.S. Miranda, N.C. Homem, H.P. Felgueiras, J.C. Antunes // Biomedicines. – 2023. – Vol. 11, no. 7, 1862. https://doi.org/10.3390/biomedicines11071862
Структуроутворення у компатибілізованих нанонаповнених розтопах поліпропілен/пластифікований полівініловий спирт / Н.М. Резанова, В.П. Плаван, Л.С. Дзюбенко, О.О. Сап’яненко, П.П. Горбик, А.В. Коршун // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2018. – Т. 16, № 1. – С. 55-70.
Polymer Blends: Formulation and Performance / ed. by Paul D.R., Bucknall C.B. – New York: John Wiley & Sons, Inc. – 2000. – Vol.1. – 618 p. ISBN 10: 0471352799 / ISBN 13: 9780471352792
Покотило О. А. Фотокаталітична антибактеріальна активність наночастинок діоксиду титану (ТіО2) / О. А. Покотило // Медична хімія. – 2014. – Т. 16, № 4. – С. 92. Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Med_chim_2014_16_4_29
Effect of silver Content and Morphology on the catalic Activity of Silver-grafted Titanium Oxide Nanostructure / M.A. Kanjwal, Barakat N.M., Shceikh F.A., Balk W., Khil M.S., Kim H.Y. // Fibers and Polym. 2010. Vol. 11, № 5. P. 700-709. https://doi.org/10.1007/s12221-010-0700-x
