NANOFIBER SEBAGAI MEDIA FILTRASI

Disusun oleh Rizki Ari Hermawati

Gambar 1. penampang nanofiber 

Nanofiber media filter yang digunakan dalam aplikasi filter udara di mana sistem filtrasi kompak dengan efisiensi secara keseluruhan dan pecahan sangat tinggi dan penurunan tekanan awal yang rendah diperlukan. Selain itu, karena gaya drag aerodinamis pada nanofibers sangat rendah dibandingkan dengan drag pada partikel debu yang besar dikumpulkan pada media nanofiber, media ini sangat ideal untuk aplikasi untuk membersihkan diri filtrasi. Partikel-partikel dapat dengan mudah dilepaskan dengan menerapkan aliran udara terbalik atau hanya gemetar filter.

Diameter serat adalah variabel utama yang bertanggung jawab untuk efisiensi filter dan penurunan tekanan. Efisiensi meningkat pesat dengan penurunan diameter serat. Rasio diameter nanofiber media filter komersial untuk diameter serat dari serat selulosa yang umum digunakan adalah kurang lebih sama dengan 1:150. Hal ini menyebabkan peningkatan luas permukaan yang sangat besar untuk media nanofiber filter. Luas permukaan untuk 100 nanofibers nm adalah kira-kira. 40 meter persegi / gram serat sementara hanya 0,2 meter persegi / gram untuk 20-mikron serat selulosa.

Knudsen nomor, 

(Di mana  = 65,3 nanometer = jalan bebas rata-rata molekul udara dalam kondisi standar dan berbanding terbalik dengan tekanan, d = _f diameter serat) digunakan untuk mengklasifikasikan rezim aliran udara yang tercantum dalam Tabel.

Gratis molekul	Transisi	Selipkan aliran (Cunningham)	Klasik
Kn> 10	Kn = 10-0,25	Kn <0.25	0,013-0,0013
d f <65 nm	d f = 65-400 nm	d f> 400 nm	1-100 mikron

Pressure drop, yang merupakan salah satu dari spesifikasi kinerja utama filter, secara signifikan meningkat dengan menurunnya diameter serat sebagai fungsi dari 1 / d ² _f, sampai rezim molekul bebas tercapai di mana penurunan tekanan adalah fungsi dari 1 / d _f. Namun, ini adalah ketergantungan hanya berlaku untuk filter bersih. Ketika deposito debu terbentuk pada nanofibers, ini manfaat penurunan tekanan rendah berkurang dengan meningkatnya jumlah debu disimpan. Selain itu, nanofibers menangkap partikel sangat halus. Penurunan tekanan meningkat lebih cepat untuk kue debu dipadatkan.Oleh karena itu, penting untuk merancang nanofiber media filter dengan permeabilitas secara signifikan lebih tinggi daripada media selulosa klasik untuk mendapatkan filter umur panjang.

Biasanya, permeabilitas nanofiber media filter adalah 2-4 kali lebih besar dari nilai untuk media selulosa klasik, masih menyediakan jumlah besar dan sangat tinggi efisiensi filter awal. Model matematika dikombinasikan untuk media granular dan berserat harus digunakan untuk mengoptimalkan media nanofiber filter untuk penyaringan kue debu yang spesifik.

gambar 2. proses filtrasi

Gambar menunjukkan: a) - filtrasi awal - partikel debu terutama ditangkap oleh nanofibers merata dengan diameter rata-rata 150 nanometer. Gambar b) merupakan debu pembentukan cake pada nanofiber media filter, sementara gambar c) menunjukkan jumlah berlebihan nanofibers diterapkan pada substrat selulosa. Pressure drop media tersebut akan meningkat pesat seperti dalam kasus filter membran.

Dalam penyaringan udara dengan kecepatan aerosol tinggi (lebih dari sekitar 5-10 cm / s), dengan berat dasar 100-300 nanometer serat harus kurang dari 0,1 gram / meter persegi, biasanya dalam kisaran 0,3-0,7 gram per meter persegi . Selulosa atau media sintetis dapat digunakan sebagai substrat.

Dr Jaroszczyk memasuki bidang udara kendaraan bermotor dan filtrasi cair pada tahun 1970. Sepanjang 39 tahun karirnya di lapangan, ia memegang posisi Research Fellow Cummins Filtrasi, Wakil Presiden Kendaraan Bermotor Institute, Manajer Riset Filtrasi Aerosol, dan posisi ilmiah dan rekayasa lainnya. Dia bertanggung jawab untuk pengembangan Laboratorium Penelitian Filtrasi Air, Filter Air Intake Mesin, Filter Cabin, Filter untuk Sistem Intake Gas Turbin, dan filter untuk industri ditutup mesin ventilasi / filtrasi sistem. Baru-baru ini, Tad telah mengembangkan gagasan dari keluarga filter Arus langsung - ia adalah seorang penulis terkemuka dari enam paten AS mengenai hal ini. Dia juga berhasil pengembangan kedalaman-jenis, multi-layered media filter sintetis untuk mesin penggabungan filtrasi dan peningkatan teknologi untuk memproduksi media ini. 

Tad mulai fokus pada ilmu pengetahuan dan rekayasa nanoteknologi pada tahun 2000.
Tad memimpin pengembangan tiga laboratorium filtrasi udara canggih di Eropa dan dua kelas dunia laboratorium filtrasi udara di Amerika Serikat. Ia menerbitkan lebih dari 100 makalah teknis (56 dalam bahasa Inggris dan 57 bahasa lain), termasuk satu buku dan satu bab buku tentang pemisahan / ilmu pengetahuan dan teknologi filtrasi ia secara teratur mengajarkan kursus internal dan eksternal pendek pada subjek. Dia memegang lebih dari 25 paten, termasuk 15 paten AS. Tad terorganisir dan diketuai SAE J1669 Penumpang Kompartemen Filter Udara Subkomite Tes Kode. Dia juga terorganisir dan dipimpin SAE Mesin Efisiensi Uji Sub-komite Kode pecahan. Dia dianugerahi Sertifikat Penghargaan sebagai pengakuan atas jasa yang luar biasa dari SAE pada tahun 1998. Tad menerima Penghargaan Teknologi Presiden dari Presiden Cummins Filtrasi pada tahun 2006. Pada tahun yang sama, ia menerima Frank Tiller dan Penghargaan Anggota Fellow dari Filtrasi Amerika dan Talak Masyarakat (AFS). Ia menerima AFS Lifetime Achievement Award pada tahun 2008. Tad co-diselenggarakan tiga AFS konferensi internasional, dan diketuai sesi filtrasi banyak di SAE, AFS, Filtech, dan Kones Eropa. Dia adalah Anggota Fellow Kones AFS dan Eropa dan anggota masyarakat beberapa profesional. Ia menyelesaikan 17-tahun dinas militer dengan pangkat Letnan Kolonel Memperoleh PE lisensi negara bagian Wisconsin pada tahun 1994. Tad pensiun dari Cummins Filtrasi Inc, Stoughton, Wisconsin pada tanggal 31 Desember 2008.

Aplikasi Nanofiber sebagai Media Filtrasi

gambar 3. nanofiber solution

Nanoteknologi semakin memperluas ekspansinya. Salah satu yang makin berkembang adalah aplikasi nanoteknologi di dunia serta (fiber), sehingga muncul kosakata baru dalam dunia penelitian, yaitu nanofiber, yang merujuk kepada serat-serat yang berukuran nano. Pesatnya perkembangan penelitian di bidang nanofiber, baik yang berasal dari alam (natural fiber) maupun sintetis ( synthetic fiber) disebabkan oleh luasnya penggunaan serat di berbagai bidang, seperti industri tekstil, teknologi membran untuk filtrasi, dan masih banyak lagi yang lain.

Penggunaan jaring nanofiber sebagai media filtrasi saat ini sedang maraknya dikembangkan karena ukuran-ukuran fiber (serat-serat) yang sangat kecil, yang mengakibatkan kemampuannya menjadi meningkat lebih baik. Adanya gaya London-Van Der Waals juga berperan untuk terjadinya adhesi antara serat dan bahan yang diserap, sehingga kualitas dari produk yang dihasilkan akan jauh lebih baik daripada media filtrasi konvensional. Sebenarnya, polimer nanofiber sebagai media filtrasi telah lama digunakan selama lebih dari tujuh dekade, hanya saja belum sepesat seperti saat ini.

Nanofiber memiliki aplikasi yang sangat menguntungkan dalam proses filtrasi karena memiliki luas permukaan yang lebih besar dan mikropori yang lebih kecil dibandingkan dengan serat melt blown (MB). Selain itu, rendahnya sifat mekanik bulk nanowebs tipis yang dimiliki menyebabkan jaring nanofiber ini bisa diletakkan di atas substrat media filtrasi. Diameter serat yang kecil menyebabkan arus slip pada permukaan serat, sehingga terjadi peningkatan intersepsi dan efisiensi impaction inersia dari media filter komposit. Peningkatkan efisiensi penyaringan pada penurunan tekanan yang sama mungkin dilakukan untuk serat yang mempunyai diameter kurang dari 0,5 mikrometer. Nanofiber ini sangat cocok untuk menyaring partikel-partikel submikron dari air ataupun udara. Elektospun fiber ini memiliki diameter tiga kali lebih kecil dibandingkan dengan serat melt blown.

Nanofiber yang dikombinasikan dengan produk nonwoven lainnya memiliki kegunaan yang sangat potensial untuk berbagai aplikasi filtrasi seperti filter aerosol, masker, dan pakaian pelindung. So, Ada baiknya jika mulai sekarang kita sebagai generasi muda Indonesia mempelajari prinsip-prinsip dasar dalam memfabrikasi nanofiber, sehingga kelak kita tidak semakin tertinggal dengan negara lain dalam hal pengembangan nanoteknologi.

Tradisional Nanofiber Teknologi

Di antara metode yang paling menonjol dari nanofibers memproduksi adalah metode electrospinning. Proses ini melibatkan penggunaan jarum suntik, nozzle, kapiler, atau emitter bergerak. Alat-alat ini memberikan solusi cair dari polimer yang kemudian tertarik pada koleksi zona oleh medan tegangan tinggi elektrostatik. Sebagai polimer terlarut dan pelarut ditarik dari emitor dan dipercepat melalui zona elektrostatik, serat terbentuk melalui

proses penguapan pelarut.

Sementara electrospinning efektif untuk menghasilkan nanofibers, ia memiliki kelemahan. Pada awalnya, electrospinning adalah proses yang sangat lambat untuk menghasilkan nanofibers pada skala komersial, yang meningkatkan biaya produksi. Electrospinning juga menghasilkan sebagian besar dua-dimensi struktur yang tidak memiliki kedalaman atau z-directionality. Sementara konfigurasi ini diinginkan untuk sur- pemuatan wajah, ia memiliki kemampuan yang terbatas untuk kedalaman-loading aplikasi. Electrospun nanofibers cenderung cukup lemah dan dapat dengan mudah rusak atau copot dari substrat. Sana tetap saja harus nanofibers ditingkatkan yang mengatasi kekurangan arus elektro- berputar nanofibers.

New Nanofiber Teknologi

Dikembangkan pelarut bebas nanofiber teknologi lapisan dapat menawarkan fleksibilitas yang lebih besar, kontrol, dan daya tahan dibandingkan dengan proses tradisional electrospinning. Ini baru nanofiber pelapisan dibentuk dari serat biasanya berkisar antara 0,3 sampai 0,5 mikron dalam ukuran, namun dapat ditingkatkan hingga 1 mikron. Diameter serat distribusi dan ketebalan lapisan dengan mudah bisa divariasikan sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Berbagai media filtrasi dapat ditingkatkan melalui penggunaan teknologi nanofiber Lapisan nanofiber baru memiliki ketebalan di kisaran 15 sampai 30 mikron dan diterapkan secara langsung ke substrat filtrasi makro. Ketika diberikan sebagai substrat mandiri, web nanofiber memiliki ketebalan antara 100 sampai 200 mikron. Lapisan nanofiber dapat diterapkan pada setiap dasar nonwoven material, seperti kaca, selulosa, atau serat sintetis, sedangkan electrospinning adalah tergantung pada resin penting untuk adhesi. Lapisan kedua nanofiber dari sama atau berbeda poli- mer juga dapat diterapkan sebagai pelapis. Konfigurasi tertentu substrat akan tergantung pada aplikasi tertentu dari media filter dan dapat bervariasi untuk mencapai struktur yang diinginkan properti, termasuk kekakuan, kekuatan, pleatability, dan ketahanan suhu.

Sebagaimana ditunjukkan, konfigurasi lapisan dukungan atau dasar dapat bervariasi tergantung pada dimaksudkan penggunaan. Untuk aplikasi berat-tugas udara, turbin gas, udara otomotif, dan pulsa-pembersihan, dukungan lebih disukai kertas basah-santai, seperti selulosa atau campuran / selulosa sintetis. Di pasar lain seperti HVAC, cairan, filter udara kabin, dan filtrasi HEPA, dukungan dapat mencakup basah-meletakkan selulosa, kaca, sintetik, digaruk, spunbond, dan meltblown bukan tenunan.

Berbagai lapisan nanofiber dapat diposisikan di lokasi yang berbeda di media filter sesuai-

ing ke aplikasi. Misalnya, lapisan nanofiber dapat diposisikan hulu, sebelum substrat filtrasi makro untuk meningkatkan kinerja permukaan filtrasi dalam turbin gas atau tugas berat aplikasi udara. Lapisan nanofiber dapat diposisikan hilir makro filtrasi substrat untuk meningkatkan filtrasi mendalam untuk menangkap partikel dalam tubuh dari media.

Aplikasi Untuk Nanofiber-Coated Media

Nanofibers dapat meningkatkan kinerja kemampuan media filter untuk menghilangkan partikel-partikel dari udara sungai. Peningkatan ini dapat dilihat pada aliran udara masuk kendaraan, disk komputer mendorong ventilasi, dan efisiensi tinggi filtrasi. Dalam kasus filter udara kabin, menghapus partikulat meningkatkan kenyamanan dan kesehatan penumpang. Nanofibers menawarkan filtrasi meningkatkan kinerja di kedua mesin mobile dan stasioner dan industri filtration aplikasi. Sehubungan dengan mesin, turbin gas, dan tungku pembakaran, penting untuk menghapus partikulat bahan dari pasokan aliran udara yang dapat menyebabkan kerusakan besar pada komponen internal. Dalam kasus lain, gas produksi atau gas off dari pembakaran mesin dan proses industri mungkin berisi materi partikulat merusak. Penghapusan partikulat ini diinginkan untuk melindungi peralatan hilir dan meminimalkan polusi dis-biaya untuk lingkungan.

Ini lapisan, nanofiber baru tahan lama juga dapat digunakan dalam membersihkan diri atau pulsa-pembersihan saringan aplikasi. Kue debu terbentuk pada sisi hulu dari media filter dapat dihapus oleh kembali berdenyut udara melalui media untuk meremajakan itu. Sebagai kekuatan besar yang diberikan pada sur- wajah selama pulsa kembali, nanofiber dengan adhesi miskin untuk substrat atau terdiri dari nanofibers halus dapat delaminate sebagai gelombang kejut bergerak dari interior filter

Kedalaman Filtrasi

Berbeda dengan tugas berat udara, kolektor debu, dan media dibersihkan, di mana nanofiber adalah diterapkan hulu, ada manfaat untuk menerapkan lapisan nanofiber hilir dalam aplikasi

seperti asupan udara otomotif, udara kabin, bahan bakar, dan aplikasi pelumasan di mana itu adalah impor- tant untuk partikulat untuk ditangkap dan terkurung dalam media filter udara. Partikel capture Efisiensi dapat sangat ditingkatkan dengan menambahkan lapisan nanofiber hilir substrat dilapisi sambil meningkatkan partikel-holding kapasitas. Kombinasi lembaran dasar yang lebih terbuka dengan berat lapisan hasil nanofiber dalam komposit dengan tidak hanya efisiensi yang lebih besar pada saat yang sama pembatasan (atau permeabilitas udara), tetapi juga dengan secara signifikan meningkatkan kapasitas menahan debu.

Hasil tes dari selulosa uncoated, selulosa media dasar dilapisi dengan electrospun nanofibers, dan media selulosa dasar dengan lapisan nanofiber baru dibandingkan dalam  Keuntungan yang ditampilkan untuk efisiensi partikel halus, efisiensi debu halus, dan udara panel efisiensi dengan lapisan nanofiber cahaya di atas media air otomatis yang khas, mirip dengan dampak menerapkan lapisan electrospun. Dengan kemampuan untuk menambah massa serat tambahan baik eco- nomically, ketebalan lapisan nanofiber baru dapat disesuaikan, memberikan 'dial-in' kinerja. Dengan fleksibilitas ini menambahkan, spesifikasi teknis nanofiber komposit bisa diatur untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Depthfiltration perbandingan auto udara selulosa khas uncoated dan media electrospinning untuk ditingkatkan nanofiber-dilapisi media menggunakan pengujian lembaran datar dan pengujian elemen (panel udara).

Pengukuran nanofiber-dilapisi bahan jelas menunjukkan cleanability jauh lebih baik perilaku material dibandingkan dengan bahan selulosa standar. Filter media untuk dibersihkan aplikasi memiliki dua fungsi utama: Untuk memastikan tidak ada partikel menembus atau melewati media dan memiliki filtrasi yang sangat tinggi-efisiensi. Untuk aplikasi turbin gas, efisiensi tinggi materi melindungi pisau sensitif dari turbin dari partikel debu. Dalam pembersih industri aplikasi, udara bersih seharusnya tidak memiliki kontaminan seperti yang diedarkan melalui building. Berdasarkan konsentrasi debu yang tinggi di lingkungan pembersih industri atau dalam turbin gas terletak di lingkungan padang pasir, filter kedalaman efisiensi tinggi bukanlah solusi terbaik - udara bagian dalam filter akan diblokir karena debu memotong aliran udara. Filtrasi Permukaan diinginkan untuk mengumpulkan debu pada permukaan filter karena ia menciptakan homogen dan efisiensi tinggi debu kue, sehingga kenaikan linier dalam penurunan tekanan.

Permukaan struktur, di mana hampir semua partikel akan ditangkap pada permukaan dari awal, akan menyebabkan kue debu jauh lebih baik dan lebih homogen jika partikel disaring membentuk koheren debu kue. Sebuah jaringan nanofiber sangat efisien di sisi hulu dari media filter mencegah debu dari penetrasi ke media, sehingga pembatasan aliran udara permanen. Idealnya, kue debu harus dihapus secara keseluruhan, menunjukkan bahwa tidak ada partikel memiliki pene-trated ke media. Partikel yang telah menembus media tidak dapat dihapus secara efektif. Sebagai konsekuensinya, kue debu akan terkoyak selama langkah pembersihan dan tetap- partikel ing akan menembus media dan mengakibatkan peningkatan penurunan tekanan

Next-Generation Lanjutan Nanofiber Teknologi

Hollingsworth & Vose Perusahaan (H & V) adalah salah satu kertas terkemuka di dunia dan rekayasa bukan tenunan produsen. Dengan R & D canggih dan fasilitas manufaktur pilot, H & V memiliki mengembangkan teknologi nanofiber canggih untuk mendorong nilai produk pelanggan. H & V baru NANOWEB Teknologi menyediakan struktur mikroporous dengan kontrol proses yang tak tertandingi dan daya tahan. Dengan teknologi proprietary, diameter serat distribusi dan lapisan tebal- ness dapat dipanggil untuk memberikan kinerja yang lebih besar di berbagai aplikasi. Manfaat NANOWEB teknologi dapat dilihat di kedua udara dan filtrasi cair. NANOWEB pelapisan dapat sangat meningkatkan kinerja kemampuan media filter untuk menghilangkan partikel dari aliran udara. Peningkatan ini dapat dilihat pada aliran air intake, kolektor debu, gas Tur- bines, kabin kendaraan bermotor, HVAC, dan efisiensi tinggi filtrasi. Berbagai nanofiber lapisan dapat diposisikan di lokasi yang berbeda di media filter sesuai dengan aplikasi. Sebuah lapisan NANOWEB dapat diposisikan hulu sebelum substrat makro-filtrasi untuk meningkatkan kinerja permukaan filtrasi atau hilir substrat makro-filtrasi untuk meningkatkan filtrasi mendalam untuk menangkap partikel dalam tubuh media. Yang kuat adhesi lapisan nanofiber membuat NANOWEB media filtrasi yang ideal untuk pulsa-pembersihan aplikasi. NANOWEB teknologi juga dapat dirancang khusus untuk memenuhi filtrasi ketat persyaratan aplikasi cair banyak. Komposisi Thetic menawarkan pilihan nanofiber lebih tahan lama untuk penyaringan bahan bakar dan pelumas. Hal ini juga memenuhi kebutuhan yang berkembang untuk mikrofiltrasi canggih serta membran RO dan UF pra-filtrasi dalam berbagai aplikasi layanan cair, termasuk ilmu kehidupan, makanan dan

minuman, dan filtrasi proses cair. H & V NANOWEB media filtrasi menawarkan rata-rata 40% lebih tinggi porositas untuk rating mikron diberikan bila dibandingkan dengan penawaran produk standar.Dengan teknologi NANOWEB, H & V menawarkan fleksibilitas dalam merancang media filter dan memiliki experience untuk menyediakan bahan-bahan berkualitas pada skala global

kelemahan DALAM NANOFIBERS

Proses pembuatan nanofibers cukup mahal dibandingkan dengan serat konvensional karena tingkat produksi yang rendah dan tingginya biaya teknologi. Selain memancarkan uap dari electrospinning solusi sementara membentuk web perlu dipulihkan atau dibuang dengan cara yang ramah lingkungan. Ini melibatkan peralatan tambahan dan biaya. Kehalusan serat dan menguap uap juga menimbulkan kekhawatiran banyak selama bahaya kesehatan yang mungkin terjadi akibat menghirup serat.

DAFTAR PUSTAKA

http://web.utk.edu/~mse/Textiles/Nanofiber%20Nonwovens.htm

http://www.hollingsworthvose.com/Documents/White%20Papers/0821053%20NANOWEB%20WhitePaper.pdf

http://www.afssociety.org/articles/nanofiltration/aerosol-filtration-in-nanofiber-filter-media