Einsatz von Nanofasern für die Optimierung textiler Filter für submikrone Partikel und Bakterien

Mehrlagige Kombinationsfilter, die alternierend aus Wirrlagen aus Feinstfasern im Durchmesserbereich von 100 bis 200 nm („Nanofasern“) und konventionellem Filtermaterial bestehen, wurden als Tiefenfilter für die Abscheidung von flüssigkeits- und luftgetragenen Partikeln im Größenbereich unter 1 µm eingesetzt. In der Flüssigfiltration ergab sich durchweg eine deutliche Steigerung der Filterleistung. Insbesondere zeigte sich, dass Filterstacks mit 10 bis 20 Lagen bei Partikelgrößen unter 500 nm überhaupt nur bei Integration von Nanofasern zur Abscheidung in der Lage waren. Kleinere Partikel unterhalb 200 nm Durchmesser konnten nur in geringem Maße abgeschieden werden.

Die Beobachtungen konnten durch Betrachtungen zu den Abscheidemechnismen gedeutet werden. Im Falle mikroner Partikel (2 µm) kann aufgrund der experimentellen Ergebnisse auf einen überwiegenden Beitrag der Sperrwirkung des Wirrlagenvlieses geschlossen werden, beim unbelegten System ist dagegen überwiegend von Impaktionsabscheidung auszugehen. Bei submikronen Partikeln wurde ein gänzlich anderer Zusammenhang zwischen Gesamtabscheidegrad und Lagenzahl beobachtet. Hieraus ist zu schließen, dass bei der Abscheidung dieser Partikel der Übergang zu einem diffusionsgetriebenem Prozess vorliegt. Insbesondere ist davon auszugehen, dass die für die Impaktionsabscheidung entscheidende Strömungsgeschwindigkeit in der Flüssigfiltration zu gering ist.

Positive Effekte der Integration von Nanofaserwirrlagen können in der Abscheidung luftgetragener Stäube bereits mit Filtern aus wenigen Lagen erzielt werden. Hydrodynamische Effekte wie die Partikelimpaktion im (schnelleren) Luftstrom sind hier deutlich ausgeprägter als in der Flüssigfiltration mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten. Eine Belegung mit 0,5 bis 1 g/m² je Lage bewirkt eine merkliche Steigerung der Abscheideleistung. Erwartungsgemäß steigt allerdings der Druckabfall durch die merkliche Belegung an. In allen Fällen ist aber ein Nettogewinn zu erzielen, da bei Systemen gleicher Abscheideleistung oder – alternativ – gleichem Druckabfall bessere Gesamteigenschaften bei gleichzeitig reduzierter Lagenzahl resultieren.

Angaben zum Forschungsvorhaben:
Einsatz von Nanofasern für die Optimierung textiler Filter für submikrone Partikel und Bakterien
IGF-Vorhaben Nr. 15577 N
Laufzeit: 01.03.2008  bis  30.06.2010
Ansprechpartner: Dr. Thomas Bahners, Tel.: +49-2151-843-2016, e-Mail: bahners@dtnw.de

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