Nanostrukturovaný filtrační materiál s minimalizovaným tlakovým odporem pro filtraci vzduchu

Bc. Vojtěch Starostka

Master's thesis

Nanostructured Filter Material with Minimized Pressure Drop for Air Fltration.

Abstract:

Tato diplomová práce si klade za cíl přípravit nanostrukturovaný filtrační materiál s minimalizovaným tlakovým odporem pro filtraci vzduchu a vysokou filtrační účinností. V rámci řešení bylo připraveno několik roztoků z kyseliny polymléčné, polyurethanu a polybutylen sukcinátu, které byly zvlákňovány v elektrostatickém poli a nanovlákna byla dále analyzována. Jednotlivé průměry vláken byly stanoveny pomocí digitálního programu pro měření vzdáleností ze snímků z rastrovacího elektronového mikroskopu. Následně byla měřena filtrační účinnost a tlakový odpor vzorků. V neposlední řadě byla stanovena také pórovitost a vlastnosti zvlákňovaných roztoků. Bylo potvrzeno, že přítomnost nanovláken s menším průměrem vláken v nanostruktuře zvyšuje filtrační účinnost a zároveň snižuje tlakovou ztrátu. Bylo zjištěno, že objemové překážky v nanostruktuře (globulární defekty a beads) sice pozitivně zvyšují filtrační účinnost, ale i negativně zvyšují tlakový odpor. Vyšší hodnoty středního průměru pórů zlepšují (snižují) tlakový odpor. Výsledná hodnota filtrační účinnosti je pak dána kombinací vlivu jednotlivých proměnných. Vybrané nanostruktury byly porovnány s komerčními filtračními materiály z hlediska filtrační účinnosti a tlakového odporu.

Abstract:

This diploma thesis aims to prepare a nanostructured filter material with minimized pressure drop and high filtration efficiency for air filtration. As part of the study, several solutions of polylactic acid, polyurethane and polybutylene succinate were prepared and were spun in electrostatic field and the nanofibers further analyzed. Individual fiber diameters were measured using the digital program for measurement of small dimensions from scanning electron microscope images. Subsequently, the filtration efficiency and pressure drop of the electrospun solutions were measured. Last but not least, the porosity and properties of the fiber forming solutions were analyzed. It was confirmed that the presence of nanofibers with a smaller fiber diameter in the nanostructure increases the filtration efficiency and at the same time reduces the pressure drop. It was found that presence of volume barriers in the nanostructure (globular defects and beads) positively increase the filtration efficiency but they also negatively increase the pressure drop. Higher values of the mean pore diameter improve (decreases) pressure drop. The resulting value of filtration efficiency is given by a combination of the influence of individual variables. The prepared nanostructures were compared with commercial filter materials in terms of filtration efficiency and pressure drop.

Keywords

nanovlákna, elektrospinning, filtrační účinnost, tlakový odpor, průměr nanovláken, střední průměr pórů

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Dušan Kimmer, CSc.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Polymer Engineering / -