奈米銀微粒對薄膜濾材之負載特性研究

薄膜濾材是一種孔徑大小較均一且過濾效率高的濾材,在環工領域常被應用於環境採樣等目的。所以本研究希望探討奈米微粒對薄膜濾材的負載特性,了解濾材在奈米尺度下的過濾特性。 本研究利用直穿孔式的聚碳酸鹽薄膜濾材(PCTE)進行實驗,並取兩種孔徑2 μm 和5 μm PCTE薄膜濾材用奈米銀微粒作為負載氣膠探討濾材的負載特性。奈米銀微粒是由高溫爐系統製作而成,藉由控制高溫爐系統的溫度及稀釋空氣量來改變負載微粒的粒徑(18 nm、37 nm 和50 nm),進行負載實驗。此外另一項控制變因為改變負載時的表面風速(10 cm/s 、8.5 cm、 7 cm/s、 5.5 cm/s)。 從濾材的負載實驗結果中可以發現,兩種不同孔徑大小的濾材,在相同的負載量下會有不同負載現象。其中2 μm PCTE薄膜因為孔徑較小,所以初始穿透率較低;5 μm PCTE薄膜因為孔徑較大,容易造成較高的初始穿透率。若在相同的表面風速時,2 μm PCTE薄膜在負載微粒越小時,受表面積影響而使單位面積之負載量(ΔP/W)的斜率隨粒徑越小而變大。相反的,在薄膜濾材孔洞完全填滿前的深層過濾階段,5 μm PCTE薄膜在相同的負載量下,較小的微粒在薄膜孔洞中有更多機會擴散至孔洞深處,平均收集在孔洞內壁上,較大的微粒在濾材孔洞前段被收集後對斷面形狀影響較大,迅速增加後續進入微粒之捕集機會而造成微粒將孔洞塞住,因此造成ΔP/W的值較小粒徑的ΔP/W值更大。 2 μm PCTE薄膜的負載曲線中ΔP/W會隨表面風速增加而變大;相反的,5 μm PCTE薄膜在表面風速較大時,由於微粒被濾材孔洞收集時無法將孔洞完全塞住,形成針孔現象(pinhole),使得ΔP/W的斜率反而變小。此外,在表面過濾階段若依照達西定律之推論ΔP/W的斜率會與表面風速成正比;但是表面風速增加時造成濾餅孔隙率變小,使得阻抗係數K2值變大,造成ΔP/W斜率不與表面風速成正比。

作者:甘智仁