Skip to main content
SUPERVISOR
Parham Soltanimohammadi,Dariush Semnani
پرهام سلطانی (استاد راهنما) داریوش سمنانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mina Noroozi
مینا نوروزی چم یوسفعلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Design manufacturing and characterizing polyurethane nanofibrous membranes for gas filtration.
The global burden of smoking-related diseases is substantial, with over 7 million deaths annually. Tobacco smoke is an aerosol composed of more than 3800 individual compounds, volatile agents in vapor phase and nonvolatiles in the particulate phase. The majority of toxic and carcinogenic compounds are in the tar a nicotine-free dry particulate matter. The most important and conventional approach to reduce harmful compounds is using fibrous filters as filter tip. Nano-fibrous membranes due to their irregular internal structure, inter-connected pore, sub-micron pore size, high porosity and specific surface area are considered to be one the most effective means in general pollution control. One of the most important features of these filters is ability to engineer them. Factors such as fiber diameter and orientation distribution as well as porosity, pore size and thickness can assist to the design. These parameters affect air permeability and filtration efficiency of nano-fibrous membranes. The structure of nano-fibrous membranes is a function of various processing parameters such as applied voltage, feed rate, collector speed and solution concentration. In order to investigate the effect of processing parameters on air permeability and filtration efficiency of the filter, polyurethane electrospun nanofibrous membranes were produced under different applied voltage, feed rate and solution concentration. Afterwards, the FESEM images of membranes were obtained. The surface porosity of the structure, fiber diameter and orientation distribution as well as 2D pore size distribution of membranes were obtained using image analysis techniques. Thickness and air permeability of membranes were exprimentally measured. Filtration efficiency of membranes was assesd using a developed setup. The effect of processing parameters on fiber diameter and orientation, pore size distribution, porosity, air permeability and filtration efficiency of structures was investigated. A Matlab-based program capable of producing ?brous structures with various ?ber diameters, porosities, thicknesses and 3D fiber orientations was developed. The obtained parameters from FESEM images were then implemented into the simulation code to generate 3D virtual nanofibrous structures. 3D pore size distribution of 3D imgaes was then calculated using a novel image analysis technique in Avizo software. The results indicated that polymer concentration, applied voltage and feeding rate affect fiber diameter, pore size, surface porosity and air permeability of membranes. Increasing polymer concentration fiber diameter, pore size and air permeability increase while filtration efficiency decreases. It was also found that with increasing the applied voltage, fiber diameter, pore size and air permeability reduces and filtration efficiency increases. Increasing the feeding rate results in formation of coarser fibers and larger pore size and hence higher air permeability and lower filtration efficiency. It was also established that, fiber orientation does not significantly affect filtration efficiency. The results showed that 3D pore size calculated using image analysis of virtual structures is larger than 2D pore size calculated using image analysis of FESEM images.
سالانه بیماری های مرتبط با مصرف سیگار منجر به مرگ 7 میلیون نفر در جهان می شود. دود سیگار آئروسلی متشکل از بیش از 3800 نوع ماده سمی است. این مواد یا به‌صورت مواد فرار در فاز بخار و یا غیر فرار در فاز جامد وجود دارند. بخش عمده ای از این ترکیبات سمی و سرطان زا در قطران، ماده جامد و خشک فاقد نیکوتین قرار دارد. مهم ترین و رایج ترین روش کاهش این مواد مضر استفاده از فیلترهای الیافی در نوک سیگار است. غشاهای نانولیفی به دلیل ساختار داخلی بی قاعده، منافذ به‌هم‌پیوسته میکرو مقیاس، تخلخل بالا و سطح مخصوص بالای الیاف به عنوان یکی از مؤثرترین ساختارها برای کاهش آلاینده های گازی شناخته می‌شوند. یکی از مهم ترین ویژگی های این سازه ها قابلیت مهندسی کردن ساختار وب نانولیفی شامل توزیع قطر و آرایش یافتگی الیاف و همچنین تخلخل، اندازه منافذ و ضخامت سازه است که بر نفوذپذیری هوا و راندمان فیلتراسیون تأثیرگذار می باشد. ساختار غشای نانولیفی تابعی از تنظیمات متعدد تولید مانند ولتاژ اعمالی، نرخ تغذیه، سرعت جمع کننده و غلظت محلول است. به‌منظور بررسی تأثیر عوامل تولید بر نفوذپذیری هوا و راندمان فیلتراسیون، غشاهای نانولیفی پلی یورتان با استفاده از اختلاف‌پتانسیل های الکتریکی، نرخ های تغذیه و غلظت های مختلف الکتروریسی شدند. سپس تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی غشاهای نانولیفی به دست آمد. تخلخل سطحی ساختار، توزیع قطر و آرایش یافتگی الیاف و توزیع قطر منافذ در حالت دوبعدی با کمک روش پردازش تصویر محاسبه شد. همچنین ضخامت و نفوذپذیری هوای غشاها نیز با استفاده از ضخامت‌سنج به دست آمد. راندمان فیلتراسیون نیز با کمک دستگاه شبیه ساز استعمال سیگار مورد بررسی قرار گرفت. تأثیر عوامل تولید بر توزیع قطر و آرایش یافتگی الیاف، توزیع قطر منافذ، تخلخل سطحی، نفوذپذیری هوا و راندمان فیلتراسیون مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اطلاعات ساختاری به‌دست‌آمده از تصاویر به کد نوشته‌شده در محیط نرم‌افزار متلب معرفی شد و ساختارهای سه بعدی غشاهای نانولیفی شبیه سازی شد. سپس منافذ سه بعدی غشا با استفاده از پردازش تصاویر شبیه سازی شده در نرم‌افزار آویزو شناسایی و ابعاد منافذ محاسبه شد. نتایج نشان داد که هر سه عامل غلظت محلول پلیمری، ولتاژ الکتریکی و نرخ تغذیه محلول بر قطر نانو الیاف، قطر منافذ غشا، تخلخل سطحی و نفوذپذیری هوای غشای نانولیفی تأثیرگذار هستند. مشخص شد با افزایش غلظت محلول اندازه قطر نانوالیاف، قطر منافذ غشا و میزان نفوذپذیری هوا افزایش و راندمان فیلتراسیون کاهش پیدا می کند. با افزایش ولتاژ الکتریکی قطر نانوالیاف، قطر منافذ غشا و نفوذپذیری هوا کاهش و راندمان فیلتراسیون افزایش می‌یابد. افزایش نرخ تغذیه محلول پلیمری افزایش قطر نانوالیاف، قطر منافذ غشا و نفوذپذیری هوا و کاهش راندمان فیلتراسیون را به همراه داشت. همچنین بر طبق نتایج به دست آمده آرایش‌یافتگی نانوالیاف بر روی راندمان فیلتراسیون تأثیر معناداری ندارد. از سوی دیگر مشخص شد قطر منافذ در حالت سه بعدی بزرگ‌تر از قطر منافذ در حالت دوبعدی است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی