امکان سنجی کاربرد نانوالیاف هیبریدی پردازش شده با پلاسما برای حذف گاز تولوئن

مقدمه: باوجود اقبال روز افزون کاربرد فیلترهای نانولیفی برای تصفیه آلاینده های ذره ای از جریان هوا، مطالعات کم تری به بحث در خصوص امکان سنجی کاربرد آن ها در حذف آلاینده های گازی پرداخته است، درحالی که در اکثر محیط های کاری هر دو شکل آلاینده وجود دارد. تولوئن ماده ای سمی و موتاژنیک می باشد و مواجهه مزمن با غلظت های پایین آن ممکن است باعث طیف وسیعی از اثرات سوء سلامتی بر افراد در معرض مواجهه شود. مطالعه حاضر با هدف تولید نانوالیاف پلیمری بر پایه نانولوله کربنی تک جداره از طریق روش الکتروریسی و پردازش سطح آن با پلاسمای سرد و هم چنین ارزیابی عمل کرد آن در حذف گاز تولوئن انجام گرفت.روش کار: لایه های نانولیفی توسط فرآیند الکتروریسی از محلول الکتروریسی شامل پلیمر پلی آکریلونیتریل (pan) و نانولوله کربنی تک جداره (swnt) به نسبت ترکیبی 1:99 تحت شرایط عملیاتی ولتاژ کاربردی: 20 کیلوولت ، فاصله سوزن تا صفحه جمع آوری کننده: 10سانتی متر، میزان تزریق: 1 میلی لیتر بر ساعت، قطر سوزن: گیج 18 و سرعت چرخش درام 1000 500 دور در دقیقه تولید شدند. سطح نانوالیاف تولیدی مورد پردازش پلاسما قرار گرفتند. دستگاه پلاسمای مورد استفاده با منبع تغذیه فرکانس رادیویی (56.13 مگاهرتز با توان 20 وات) ، گاز تشکیل دهنده آرگون و فشار عملیاتی 0.2 بود. شرایط آزمون نمونه های تولیدی برای حذف گاز تولوئن مطابق استاندارد iso 101211:2014 آماده گردید که روش آزمون عمل کرد مدیاهای تصفیه هوا نوع فاز گازی را برای انواع مدیاهای صفحه تخت ارایه می دهد. به منظور اندازه گیری غلظت بخار تولوئن از دستگاه قرائت مستقیم firstcheck مجهز به دتکتور pid استفاده گردید. مطالعات ریخت شناسی الیاف با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ftir) به منظور شناسایی ترکیبات آلی و گروه های عاملی در نانوالیاف صورت گرفت. یافته ها: نتایج حاصل از آنالیز تصاویر نشان داد که میانگین قطر الیاف 7.19±169.16 نانومتر و میانگین ضریب تغییرات آن 0.23 محاسبه گردید. ریخت شناسی الیاف، یکنواخت و دانه دار تعیین شد. میانگین ضخامت، درصد تخلخل و ضریب نفوذپذیری هوا مدیا به ترتیب 0.15 میلی متر،43 درصد و 5.75 دارسی مشخص گردید. میانگین درصد کارایی نانوالیاف pan/swnt پردازش شده با پلاسما در حذف گاز تولوئن 98 درصد و میانگین افت فشار آن ها حدود 100 پاسکال به دست آمد. طیف ftir مدیای آزمون نشان داد که پیک های ظاهر شده در طول موج های معین مربوط به ارتعاش گروه های آلیفاتیک ch باندهای cc و c=o مربوط به پلیمر pan و نانولوله کربنی می باشد.نتیجه گیری: حذف گاز تولوئن از طریق ساخت نانوالیاف هیبریدی pan و swnt پردازش شده با پلاسما محقق شد. نانوالیافی با مشخصات ریخت شناسی یکنواخت تولید شدند و کارایی حذف مناسب و افت فشار پایین از خود نشان دادند.

Possibility of using plasmaprocessed hybrid nanofibers to remove toluene in air stream

Introduction: Despite nanofibers have attracted great interests for filtering particulate matters from the air stream, fewer studies have been done on the feasibility of their use in the removal of gas pollutants, while the both pollutants are present in the most workplaces. Toluene is a toxic and mutagenic substance, and chronic exposure to its low levels can lead to a wide range of adverse health effects on people who exposed. The purpose of this study was to produce polymer /singlewalled carbon nanotube hybrid nanofibers by electrospinning technique and doing plasma surface treatment and evaluating their removal efficiency of toluene from air stream. Material and Methods: The nanofiber layers were fabricated by electrospinning solution containing polyacrylonitrile polymer (PAN) and singlewalled carbon nanotube (SWNT) with a 99: 1 ratio under following conditions: applied voltage 20 kV, distance between needle and collector: 10 cm, injection rate: 1 ml / h; needle diameter: 18 gauge and drum speed ranging from 1000 to 500 rpm. The surface of the manufactured nanofibers was treated by coldplasma with a radio frequency power supply (13.56 MHz with a power of 20 watts), argon gas and operating pressure of 0.2 torr. Test conditions was prepared according to standard ISO 101211: 2014, which provides a method for testing the performance of gasphase air filter for a variety of flat sheet media. In order to measure the concentration of toluene, the First check – handheld multi gas VOC detector equipped with a PID detector was used. The morphology characteristics of the fibers was performed using the analysis of scanning electron microscope images. Infrared spectroscopyFourier transform was used to identify organic compounds and functional groups in nanofibers.Results: The results of the analysis of the images showed that the mean diameter of the fiber was 169.16 ± 7.19 nm and the mean coefficient of variation was 0.23. The uniform and bead nanofibers were obtained. The thickness, porosity and air permeability coefficient of test media was 0.15 mm, 43% and 5.75 Darcy, respectively. The mean removal efficiency of PAN / SWNT nanofiber treated with plasma was 98% and the mean pressure drop was 100 Pascal. The FTIR spectrum of the test filter media showed that the peaks appearing at certain wavelengths related to the vibration of CH aliphatic groups of CC and C=O bands related to PAN polymer and carbon nanotubes.Conclusion: Removal of toluene was achieved through the fabrication of PAN/SWNT hybrid nanofibers treated with plasma. Uniform nanofibers were obtained and showed the proper removal efficiency and low pressure drop.