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飛納電鏡在過濾行業(yè)中的應(yīng)用

發(fā)布時間: 2023-01-28  點擊次數(shù): 1222次
過濾是收集或者分離分散于氣體或液體中固體顆粒的物理過程,在過濾過程中,固體粒子沉積在其表面或內(nèi)部的有滲透性的材料,稱為過濾介質(zhì)。工業(yè)上使用的過濾介質(zhì)種類繁多,按照結(jié)構(gòu)可分為柔性過濾介質(zhì)(如織造和非織造過濾介質(zhì)等)、剛性過濾介質(zhì)(如燒結(jié)金屬纖維氈、多孔陶瓷等)和松散性過濾介質(zhì)(如活性炭、硅藻土等)。不同的過濾介質(zhì)過濾實施方式不同,所應(yīng)用領(lǐng)域和環(huán)境也各有差異。

工業(yè)濾膜形貌分析

工業(yè)濾膜和超濾膜是石油化工、食品飲料、飲用水、生物制藥、微電子等行業(yè)中使用的重要材料,可用于工業(yè)用水純化、工業(yè)廢水回收、市政用水 / 污水、淡化等,也可用于先進制程中的雜質(zhì)過濾、污染物去除。

濾膜的過濾性能對各制程、產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響,利用飛納臺式掃描電鏡可以快捷地獲取濾膜的 SEM 表征結(jié)果,對濾膜的孔徑和孔道形貌、分布進行分析。如下圖 (A)、(B) 所示為典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜的表面孔洞結(jié)構(gòu),通過掃描電鏡(SEM)圖可以清晰地觀察孔洞的形態(tài)和分布狀態(tài),并對濾膜的孔徑進行測量統(tǒng)計。

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(A)

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(B)
 
典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜表面 SEM 圖

在實際應(yīng)用中,為兼顧濾膜的能力和效率,在濾膜結(jié)構(gòu)上通常會有一些特殊的設(shè)計。如下圖 (A)~(C) 所示為一種不對稱膜,(A)、(B) 所示分別為其正背面,兩面的孔洞結(jié)構(gòu)不同,濾膜內(nèi)部孔洞較大,表層薄而細(xì)小的孔決定了膜的截留率,下層的大孔可以保證濾膜的通量和過濾速度。(D)~(F) 所示為一種具有梯度微孔結(jié)構(gòu)的濾膜,從上至下孔洞尺寸逐漸增大,斷面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為上密下疏,能夠?qū)崿F(xiàn)超低壓下的過濾、大通量產(chǎn)水。

濾膜A.jpg

(A)

濾膜B.png

(B)

濾膜C.jpg

(C)

濾膜D.jpg

(D)

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(E)

濾膜F.jpg

(F)

孔洞的尺寸對工業(yè)濾膜的過濾能力和效率都有很大的影響,除了利用常規(guī)電鏡進行孔洞尺寸測量之外,飛納電鏡還提供了全自動的孔洞分析軟件 Phenom PoroMetric,利用分析軟件可以自動的識別濾膜上的孔洞,并統(tǒng)計濾膜上的孔洞尺寸、分布、形態(tài)等信息,方便、快速、準(zhǔn)確的獲取濾膜的孔徑信息。

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Phenom PoroMetric 自動孔徑測量軟件

除了孔徑分析外,濾膜的力學(xué)性能也是其一個重要的參數(shù)。利用 Phenom 的原位拉伸臺,可以很好的表征濾膜在拉伸狀態(tài)下的力學(xué)表現(xiàn)、斷裂特征,評判濾膜斷裂失效的過程。

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Phenom 原位拉伸臺及測試結(jié)果

空氣過濾膜形貌分析
 
空氣過濾膜通過有效的去除空氣中懸浮顆粒物達到凈化空氣的目的,在微電子、醫(yī)院、食品、制藥、環(huán)保、化妝品、軍事等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。常見的空氣過濾材料包括玻纖空氣過濾紙、熔噴布、PTFE 過濾膜、復(fù)合玻纖過濾氈等。纖維直徑、取向和孔徑都對濾膜的過濾效率有所影響,利用臺式掃描電鏡可以方便的對玻纖原料進行形貌和成分的表征。

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玻璃纖維 SEM 圖

為了更加快速、準(zhǔn)確地進行纖維直徑和取向的統(tǒng)計,飛納電鏡還提供全自動纖維直徑統(tǒng)計軟件 Phenom FiberMetric,可以自動進行纖維的識別、直徑和取向的測量,并輸出直徑的分布圖特征,減少手動測量的人為誤差。

纖維界面.jpg

Phenom FiberMetric 全自動纖維直徑統(tǒng)計軟件

在疫情發(fā)生的這幾年,醫(yī)用防護口罩作為一種特殊的空氣過濾材料不斷出現(xiàn)在大家視野,不論是醫(yī)用外科口罩、N95 口罩、KN95 口罩,因為具有優(yōu)異的病毒過濾能力,是疫情防護的利器。

對這三種口罩而言,最重要的原材料是熔噴布,如下圖 (A) 所示,醫(yī)用口罩主要有三層結(jié)構(gòu)組成,內(nèi)外兩側(cè)分別為阻水層和吸濕層,中間層為起主要過濾作用的熔噴無紡布,直徑分布為 0.5-10μm (B), 對顆粒物有較強的吸附能力。N95 口罩(國標(biāo) GB2626-2006)和 KN95 口罩(美標(biāo) 42CFR84)結(jié)果相近,只是檢測標(biāo)準(zhǔn)不同,略有所差異,都通認(rèn)比醫(yī)用外科口罩具有更好的防護效果,其主要原因便在于熔噴布。圖 (C)、(D) 所示分別為醫(yī)用外科口罩和 N95 口罩的截面 SEM 圖,可以發(fā)現(xiàn)醫(yī)用外科口罩中間層為一層熔噴無紡布,約 150μm,而 N95 口罩中間層為 3 層熔噴無紡布,約 500μm,更厚的防護層帶來的是更強的防護能力和更持久的防護時間。

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常見醫(yī)用口罩 SEM 圖

飛納電鏡提供完善的濾材表面形貌、孔徑、表面成分檢測方案,可以幫助相關(guān)人員更好地進行產(chǎn)品的研發(fā)和管控。
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