Tato diplomová práce si klade za cíl přípravit nanostrukturovaný filtrační materiál s minimalizovaným tlakovým odporem pro filtraci vzduchu a vysokou filtrační účinností. V rámci řešení bylo připraveno několik roztoků z kyseliny polymléčné, polyurethanu a polybutylen sukcinátu, které byly zvlákňovány v elektrostatickém poli a nanovlákna byla dále analyzována. Jednotlivé průměry vláken byly stanoveny pomocí digitálního programu pro měření vzdáleností ze snímků z rastrovacího elektronového mikroskopu. Následně byla měřena filtrační účinnost a tlakový odpor vzorků. V neposlední řadě byla stanovena také pórovitost a vlastnosti zvlákňovaných roztoků. Bylo potvrzeno, že přítomnost nanovláken s menším průměrem vláken v nanostruktuře zvyšuje filtrační účinnost a zároveň snižuje tlakovou ztrátu. Bylo zjištěno, že objemové překážky v nanostruktuře (globulární defekty a beads) sice pozitivně zvyšují filtrační účinnost, ale i negativně zvyšují tlakový odpor. Vyšší hodnoty středního průměru pórů zlepšují (snižují) tlakový odpor. Výsledná hodnota filtrační účinnosti je pak dána kombinací vlivu jednotlivých proměnných. Vybrané nanostruktury byly porovnány s komerčními filtračními materiály z hlediska filtrační účinnosti a tlakového odporu.
Anotace v angličtině
This diploma thesis aims to prepare a nanostructured filter material with minimized pressure drop and high filtration efficiency for air filtration. As part of the study, several solutions of polylactic acid, polyurethane and polybutylene succinate were prepared and were spun in electrostatic field and the nanofibers further analyzed. Individual fiber diameters were measured using the digital program for measurement of small dimensions from scanning electron microscope images. Subsequently, the filtration efficiency and pressure drop of the electrospun solutions were measured. Last but not least, the porosity and properties of the fiber forming solutions were analyzed. It was confirmed that the presence of nanofibers with a smaller fiber diameter in the nanostructure increases the filtration efficiency and at the same time reduces the pressure drop. It was found that presence of volume barriers in the nanostructure (globular defects and beads) positively increase the filtration efficiency but they also negatively increase the pressure drop. Higher values of the mean pore diameter improve (decreases) pressure drop. The resulting value of filtration efficiency is given by a combination of the influence of individual variables. The prepared nanostructures were compared with commercial filter materials in terms of filtration efficiency and pressure drop.
Klíčová slova
nanovlákna, elektrospinning, filtrační účinnost, tlakový odpor, průměr nanovláken, střední průměr pórů
Tato diplomová práce si klade za cíl přípravit nanostrukturovaný filtrační materiál s minimalizovaným tlakovým odporem pro filtraci vzduchu a vysokou filtrační účinností. V rámci řešení bylo připraveno několik roztoků z kyseliny polymléčné, polyurethanu a polybutylen sukcinátu, které byly zvlákňovány v elektrostatickém poli a nanovlákna byla dále analyzována. Jednotlivé průměry vláken byly stanoveny pomocí digitálního programu pro měření vzdáleností ze snímků z rastrovacího elektronového mikroskopu. Následně byla měřena filtrační účinnost a tlakový odpor vzorků. V neposlední řadě byla stanovena také pórovitost a vlastnosti zvlákňovaných roztoků. Bylo potvrzeno, že přítomnost nanovláken s menším průměrem vláken v nanostruktuře zvyšuje filtrační účinnost a zároveň snižuje tlakovou ztrátu. Bylo zjištěno, že objemové překážky v nanostruktuře (globulární defekty a beads) sice pozitivně zvyšují filtrační účinnost, ale i negativně zvyšují tlakový odpor. Vyšší hodnoty středního průměru pórů zlepšují (snižují) tlakový odpor. Výsledná hodnota filtrační účinnosti je pak dána kombinací vlivu jednotlivých proměnných. Vybrané nanostruktury byly porovnány s komerčními filtračními materiály z hlediska filtrační účinnosti a tlakového odporu.
Anotace v angličtině
This diploma thesis aims to prepare a nanostructured filter material with minimized pressure drop and high filtration efficiency for air filtration. As part of the study, several solutions of polylactic acid, polyurethane and polybutylene succinate were prepared and were spun in electrostatic field and the nanofibers further analyzed. Individual fiber diameters were measured using the digital program for measurement of small dimensions from scanning electron microscope images. Subsequently, the filtration efficiency and pressure drop of the electrospun solutions were measured. Last but not least, the porosity and properties of the fiber forming solutions were analyzed. It was confirmed that the presence of nanofibers with a smaller fiber diameter in the nanostructure increases the filtration efficiency and at the same time reduces the pressure drop. It was found that presence of volume barriers in the nanostructure (globular defects and beads) positively increase the filtration efficiency but they also negatively increase the pressure drop. Higher values of the mean pore diameter improve (decreases) pressure drop. The resulting value of filtration efficiency is given by a combination of the influence of individual variables. The prepared nanostructures were compared with commercial filter materials in terms of filtration efficiency and pressure drop.
Klíčová slova
nanovlákna, elektrospinning, filtrační účinnost, tlakový odpor, průměr nanovláken, střední průměr pórů
5. Charakterizujte připravené nanostruktury, vyhodnoťte naměřená data - především tlakový odpor a filtrační schopnosti v oblasti záchytu ultrajemných částic.
6. Navrhněte možnosti konkrétních aplikací u připravených filtrů a diskutujte přednosti nově připravených materiálů.
7. V závěrech sumarizujte výsledky prací.
Zásady pro vypracování
1. Vypracujte podrobnou literární rešerši na zadané téma.
2. Zhodnoťte dosavadní stav v oblasti aplikace nanostruktur pro filtraci vzduchu.
3. Navrhněte chemické složení a morfologii nanostruktur s minimálním tlakovým odporem.
5. Charakterizujte připravené nanostruktury, vyhodnoťte naměřená data - především tlakový odpor a filtrační schopnosti v oblasti záchytu ultrajemných částic.
6. Navrhněte možnosti konkrétních aplikací u připravených filtrů a diskutujte přednosti nově připravených materiálů.
7. V závěrech sumarizujte výsledky prací.
Seznam doporučené literatury
William C. Hinds - Aerosol Technology, John Wiley Sons, Inc., NY 10158-0012.
Ji-Huan He, Yong Liu, Lu-Feng Mo, Yu-Qin Wan and Lan Xu - Electrospun Nanofibers and Their Applications.
Martin Zatloukal - Novel Trends in Rheology III - VII, AIP Conference Proceedings.
Seznam doporučené literatury
William C. Hinds - Aerosol Technology, John Wiley Sons, Inc., NY 10158-0012.
Ji-Huan He, Yong Liu, Lu-Feng Mo, Yu-Qin Wan and Lan Xu - Electrospun Nanofibers and Their Applications.
Martin Zatloukal - Novel Trends in Rheology III - VII, AIP Conference Proceedings.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Student představil komisi výsledky své diplomové práce. Poté byla komise seznámena s posudky a hodnocením vedoucího (hodnocení veoucího A, hodnocení oponenta A).
Student pak zcela zodpověděl dotazy oponenta, a následně byly ostatními členy komise položeny následující otázky:
prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D., DSc.:
1. Jaké jednotky má plošná hmotnost?
2. Byl pro hodnocení jednotlivých filtrů použit faktor kvalit?
3. Byl při měření filtrační účinnosti zahrnut případný vliv elektrostatického nabíjení při výrobě daných filtrů?
Student otázku zodpověděl zcela ve všech třech případech.