Elektro üfleme yöntemi ile polisülfon membranların üretimi ve hava uygulamalarında kullanımı

Abstract

Hava kirliliği, günümüzde karşılaşılan en büyük çevresel sorunlardan biridir. Nanolifler, yüksek porozite, dayanıklı geçirgenlik performansı, düşük üretim maliyeti ve kolay ölçeklenebilirliklerinden dolayı hava filtrasyonu için cazip seçeneklerdir. Bu çalışmada, yüksek kimyasal ve mekanik kararlılık ve kolay işlenebilirlik gibi üstün özelliklerinden dolayı polisülfon (PSU) kullanılarak elektro-üfleme yöntemi (EBS) ile dayanıklı, sağlam ve hidrofobik bir hava filtrasyon ortamı üretilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışma, hava filtreleme uygulamaları için EBS ile PSU nanolif üretiminin ilk optimizasyon çalışmasıdır. Üretimin optimizasyonu için incelenecek bağımsız değişkenler konsantrasyon, hava basıncı ve voltaj olarak seçilmiştir. Taguchi deney tasarımının "en küçük en iyi" yaklaşımıyla en küçük ortalama lif çapını (AFD) sağlayan, değişkenlerin optimize edilmiş değerleri sırasıyla konsantrasyon, hava basıncı ve voltaj için ağırlıkça %13 PSU, 3 bar ve 7.5 kV olarak belirlenmiştir. Doğrulama deneyinden elde edilen numunenin AFD'si 105 nm'dir. Numunelerin yüzey morfolojileri, porozite değerleri ve ıslanabilirlik davranışları sırasıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM), gravimetrik yöntem ve su temas açısı (WCA) ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Hidrofobik özellik gösteren PSU nanolifleri yüksek WCA değerine (159,8'e kadar) ve yüksek gerilme mukavemeti değerine (1,38 MPa'ya kadar) sahiptir. Farklı biriktirme sürelerinde (15, 30, 45, 60 dk.) hazırlanan numuneler filtrasyon verimliliği, basınç düşüşü, kalite faktörü ve Knudsen sayısı (Kn) açısından incelenmiştir. 60 dakika üretim süresi ile hazırlanan numunenin filtrasyon verimi ve basınç düşüşü sırasıyla %98.09 ve 202 Pa olarak ölçülmüştür.

Air pollution is one of the biggest environmental problems faced today. Nanofibers are attractive options for air filtration due to their high porosity, resilient permeability performance, low production cost and easy scalability. In this study, it was aimed to produce a durable, robust, and hydrophobic air filtration media by electro-blowing method (EBS) using polysulfone (PSU) due to its superior properties such as high chemical and mechanical stability and easy processability. This study is the first optimization study of EBS and PSU nanofiber production for air filtration applications. Concentration, air pressure and voltage were determined as independent variables for the optimization based on "smaller is better" approach of Taguchi design of experiment. The optimized values which supplied the smallest average fiber diameter (AFD) possible, were obtained 13 wt% PSU, 3 bar, and 7.5 kV for concentration, air pressure and voltage, respectively. The AFD of the sample obtained from the confirmation experiment is 105 nm. Surface morphologies, porosity values, and wettability behaviours of the samples were investigated by using scanning electron microscopy (SEM), gravimetric method, and contact angle (WCA) measurements, respectively. Super hydrophobic PSU nanofibers have high water contact angle value (up to 159.8) and high stress value (up to 1.38 MPa). Samples prepared at different deposition times (15, 30, 45, 60 min) were investigated in terms of filtration efficiency, pressure drop, quality factor and Knudsen number (Kn). The filtration efficiency and the pressure drop of the sample with 60 min of spinning time were measured as 98.09% and 202 Pa, respectively.