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飞纳电镜在过滤行业中的应用

发布时间: 2023-01-28  点击次数: 815次
过滤是收集或者分离分散于气体或液体中固体颗粒的物理过程,在过滤过程中,固体粒子沉积在其表面或内部的有渗透性的材料,称为过滤介质。工业上使用的过滤介质种类繁多,按照结构可分为柔性过滤介质(如织造和非织造过滤介质等)、刚性过滤介质(如烧结金属纤维毡、多孔陶瓷等)和松散性过滤介质(如活性炭、硅藻土等)。不同的过滤介质过滤实施方式不同,所应用领域和环境也各有差异。

工业滤膜形貌分析

工业滤膜和超滤膜是石油化工、食品饮料、饮用水、生物制药、微电子等行业中使用的重要材料,可用于工业用水纯化、工业废水回收、市政用水 / 污水、淡化等,也可用于先进制程中的杂质过滤、污染物去除。

滤膜的过滤性能对各制程、产品质量有很大影响,利用飞纳台式扫描电镜可以快捷地获取滤膜的 SEM 表征结果,对滤膜的孔径和孔道形貌、分布进行分析。如下图 (A)、(B) 所示为典型的尼龙滤膜和聚醚砜滤膜的表面孔洞结构,通过扫描电镜(SEM)图可以清晰地观察孔洞的形态和分布状态,并对滤膜的孔径进行测量统计。

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(A)

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(B)
 
典型的尼龙滤膜和聚醚砜滤膜表面 SEM 图

在实际应用中,为兼顾滤膜的能力和效率,在滤膜结构上通常会有一些特殊的设计。如下图 (A)~(C) 所示为一种不对称膜,(A)、(B) 所示分别为其正背面,两面的孔洞结构不同,滤膜内部孔洞较大,表层薄而细小的孔决定了膜的截留率,下层的大孔可以保证滤膜的通量和过滤速度。(D)~(F) 所示为一种具有梯度微孔结构的滤膜,从上至下孔洞尺寸逐渐增大,断面结构表现为上密下疏,能够实现超低压下的过滤、大通量产水。

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(A)

滤膜B.png

(B)

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(C)

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(D)

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(E)

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(F)

孔洞的尺寸对工业滤膜的过滤能力和效率都有很大的影响,除了利用常规电镜进行孔洞尺寸测量之外,飞纳电镜还提供了全自动的孔洞分析软件 Phenom PoroMetric,利用分析软件可以自动的识别滤膜上的孔洞,并统计滤膜上的孔洞尺寸、分布、形态等信息,方便、快速、准确的获取滤膜的孔径信息。

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Phenom PoroMetric 自动孔径测量软件

除了孔径分析外,滤膜的力学性能也是其一个重要的参数。利用 Phenom 的原位拉伸台,可以很好的表征滤膜在拉伸状态下的力学表现、断裂特征,评判滤膜断裂失效的过程。

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Phenom 原位拉伸台及测试结果

空气过滤膜形貌分析
 
空气过滤膜通过有效的去除空气中悬浮颗粒物达到净化空气的目的,在微电子、医院、食品、制药、环保、化妆品、军事等领域都有重要应用。常见的空气过滤材料包括玻纤空气过滤纸、熔喷布、PTFE 过滤膜、复合玻纤过滤毡等。纤维直径、取向和孔径都对滤膜的过滤效率有所影响,利用台式扫描电镜可以方便的对玻纤原料进行形貌和成分的表征。

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玻璃纤维 SEM 图

为了更加快速、准确地进行纤维直径和取向的统计,飞纳电镜还提供全自动纤维直径统计软件 Phenom FiberMetric,可以自动进行纤维的识别、直径和取向的测量,并输出直径的分布图特征,减少手动测量的人为误差。

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Phenom FiberMetric 全自动纤维直径统计软件

在疫情发生的这几年,医用防护口罩作为一种特殊的空气过滤材料不断出现在大家视野,不论是医用外科口罩、N95 口罩、KN95 口罩,因为具有优异的病毒过滤能力,是疫情防护的利器。

对这三种口罩而言,最重要的原材料是熔喷布,如下图 (A) 所示,医用口罩主要有三层结构组成,内外两侧分别为阻水层和吸湿层,中间层为起主要过滤作用的熔喷无纺布,直径分布为 0.5-10μm (B), 对颗粒物有较强的吸附能力。N95 口罩(国标 GB2626-2006)和 KN95 口罩(美标 42CFR84)结果相近,只是检测标准不同,略有所差异,都通认比医用外科口罩具有更好的防护效果,其主要原因便在于熔喷布。图 (C)、(D) 所示分别为医用外科口罩和 N95 口罩的截面 SEM 图,可以发现医用外科口罩中间层为一层熔喷无纺布,约 150μm,而 N95 口罩中间层为 3 层熔喷无纺布,约 500μm,更厚的防护层带来的是更强的防护能力和更持久的防护时间。

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常见医用口罩 SEM 图

飞纳电镜提供完善的滤材表面形貌、孔径、表面成分检测方案,可以帮助相关人员更好地进行产品的研发和管控。
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