一個中國研究小組設計了一種高性能的複合海綿，能在高溫和高濕度環境下有效地過濾顆粒物質。該海綿具有優良的機械性能，由環保材料製成。這種過濾器在幫助解決汽車和工業中的空氣污染方面有很大的潛力。這項工作由福州大學的一個中國研究小組完成，研究結果今天（2022年10月3日）發表在Particuology雜誌上。
來自汽車尾氣和工業煙囪的顆粒物對人類和環境都構成了巨大的威脅。世界各國都存在與氣體污染有關的問題。顆粒物污染對人類特別危險，因為它可以損害中樞神經系統和呼吸系統。研究人員一直在努力建造更好的空氣過濾器，以解決空氣污染問題，改善環境質量。然而，到目前為止，正在開發的空氣過濾器在惡劣的環境中表現不佳，高溫、高濕度或需要長時間過濾的環境帶來了更多挑戰。
為了建造一個更好的空氣過濾器，該科學家團隊設計了一個三維粒子捕獲裝置。他們使用一個簡單的犧牲模板方法來創建一個聚二甲基硅氧烷（PDMS）海綿。接下來，他們用一種原位加載方法將聚多巴胺（PDA）塗層塗在海綿骨架上。然後，大量的ZIF-8顆粒被生長在PDA塗層上。ZIF-8是一種金屬有機框架，這是一類多孔材料，在結構和化學可調性方面具有多樣性。金屬有機框架在氣體吸附和空氣過濾領域表現出良好的應用潛力。複合海綿中豐富的孔隙提供了良好的氣流，ZIF-8顆粒增強了海綿的過濾性能。
來自汽車尾氣和工業煙囪的顆粒物要求過濾器具有耐高溫和高濕的特性，以及良好的機械性能。
該團隊在模擬工業高溫環境的高溫（250攝氏度/482華氏度）和高濕度（90%相對濕度）條件下測試了他們的海綿。高溫和高濕條件下的測試結果表明，複合海綿在工業領域的應用潛力很大。
對複合海綿的進一步測試複製了用於過濾汽車尾氣的條件。由於海綿可以很容易地被塑形，並具有結構穩定性，它可以很容易地根據需要被用於不同的場景中。所以研究人員準備了複合海綿，以適應排氣管口。在模擬汽車正常運行時排放的尾氣的汽車尾氣測試中，複合海綿的顆粒物去除效率達到99%以上。即使經過65小時的過濾，複合海綿仍然保持了優異的性能。
福州大學教授賴躍坤說：”這項研究為設計能夠適應惡劣環境的3D高效空氣過濾器提供了一個新思路。由於複合海綿具有良好的結構穩定性，而且還可以很容易地進行塑形，因此它適合用於從汽車排氣管到工業煙囪到廚房風扇的各種應用。”
“在下一步，我們的研究團隊將探索能夠適應更高的溫度的氣體過濾器，以及處理空氣污染物的某些成分的方法，而不僅僅是顆粒物的過濾，通過這種方式，研究人員可能會擴大氣體過濾器的應用場景，同時提高實際應用的潛力。我們的最終目標是實現一種可以在各種環境中使用的氣體過濾器，以及一種具有各種功能的高效過濾材料，”賴說。