Применение наночастиц в фильтрующих материалах
Одним из способов защиты окружающей среды, несомненно, можно признать использование фильтров для очистки воды и воздуха, в особенности на различных фабриках перед сбросом отработанной воды и газов в окружающую среду.
Нанофильтрация становится одним из ключевых процессов очистки воды, особенно для смягчения и удаления ионов или органических соединений из воды. Уникальная способность наномембран избирательно удалять «лишние» частицы или ионы позволяет применять такие фильтры для различных целей [2].
Функциональные свойства нанофильтров напрямую зависят от применяемых наночастиц - от их состава, морфологии и т.п. Некоторые применения различных наночастиц в фильтрующих материалах приведены в табл. 1 [3].
Табл. 1 Характеристика нанопокрытий для керамических мембран фильтров
|
Вид частиц |
Размер частиц, нм |
Применение |
Ссылки |
|
Оксид титана |
20-30 |
Химическая защита Водопроницаемый фотокатализатор |
Yang and Li, 2008 Zhang et al., 2009 Ding et al., 2006 |
|
Оксид железа |
4-6 |
Сорбент, катализатор |
Karnik et al., 2006 |
|
Серебро |
1-70 |
Предотвращение биозагрязнения |
Taurozzi et al., 2008 Zodrow et al., 2009 |
|
Ферроксан |
100 |
Сопротивление кислотам, оксидам |
Cortalezzi et al., 2003 |
|
Углеродные нанотрубки |
1-9 |
Сорбент, электро- и теплопроводность |
Boccaccini et al., 2010 Vermisoglou et al., 2008 |
Одной из проблем современных фильтров является достаточно быстрое их загрязнение различными химическими веществами, коллоидами или микроорганизмами (например - микробами). Применение нанофильтров поможет избежать данной проблемы [3]. Один из способов решения данной проблемы - применение наночастиц серебра (Ag) для предотвращения биозагрязнения фильтров. В работе [4] показано, что полное уничтожение контактирующих с покрытым наночастицами серебра фильтром происходит за 60 минут (рис. 1).
Рис. 1 Противомикробный эффект фильтров с покрытием из наночастиц Ag
Другой способ решения данной проблемы - применение наночастиц алюминия [5]. Покрытие фильтра представляло собой частицы алюминия размером 2-4 нм с удельной площадью поверхности 450-600 м2/г. Результаты сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) частиц представлены на рис. 2. По результатам исследований, авторами был сделан вывод о гораздо большей эффективности нанофильтров по сравнению с обычными HEPA-фильтрами. Нанофильтры продемонстрировали наилучшую фильтрационную способность. Наночастицы также могут также представлять опасность для окружающей среды. Поэтому необходимо применение фильтрующих материалов для задержки наночастиц. Проблема заключается в том, что существующие HEPA-фильтры обладают высокой эффективностью (99,97%) для частиц, больших 0,3 микрон [6]. Для решения этой задачи также возможно применение нанотехнологий. Использование гранул диаметром от 150 до 500 микрон из различных наноматериалов позволяет достигнуть высокой эффективности задержки частиц размером 10-100 нм. Оптимальная скорость потока при этом - 4 см/с [6].
Нанофильтры являются весьма эффективной заменой существующим фильтрационным материалам, поскольку обладают большим сроком службы и большей эффективностью.
Еще статьи
Иркутский угольный бассейн
Иркутский угольной бассейн крупнейшее месторождения мира,
расположен в южной части Иркутской области России, и является одним из наиболее
значимых в экономическом отношении регионов России. Ведущая роль здесь
принадлежит промышленному комплексу по добыче и переработке ...