Bakteri, virus, atau zat beracun tersebar luas di lingkungan bersuhu ruangan, dibawa oleh partikel ultrahalus seperti PM0.3, sehingga menimbulkan ancaman bagi kesehatan masyarakat. Selain itu, gas limbah industri bersuhu tinggi sangat mencemari lingkungan. Ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan membran filtrasi yang dapat diterapkan pada sumber ambien yang mengandung bakteri dan sumber bersuhu tinggi untuk kesehatan masyarakat dan optimalisasi lingkungan. Saat ini, sebagian besar membran filtrasi menghadapi hambatan teknis, seperti daya tahan filtrasi yang buruk dan kemajuan industrialisasi yang lambat. Untuk mengatasi permasalahan ini, tim yang dipimpin oleh Akademisi Xu Weilin di Universitas Tekstil Wuhan telah memanfaatkan teknologi pemintalan sentrifugal. Tanpa memerlukan medan listrik eksternal, polimida secara spontan memperoleh struktur molekul terpolarisasi selama proses pemintalan, menghasilkan gaya elektrostatis mandiri yang kuat pada permukaan lapisan serat yang terbentuk. Dengan pertumbuhan nanopartikel perak di tempat, sifat antibakteri diperoleh, sehingga mencapai filtrasi antibakteri dan jangka panjang. Teknik ini juga mewujudkan persiapan membran filtrasi secara massal. Pekerjaan mereka,"Filter Udara Tahan Panas Berdasarkan Elektrostatis dan Antibakteri Polimida/Serat Perak Mandiri,"diterbitkan di Materi Fungsional Tingkat Lanjut. Penulis pendamping pertama makalah ini adalah Dr. Lv Pei dari Universitas Tekstil Wuhan dan Ju Zheng, seorang mahasiswa master dari angkatan 2023, dengan Akademisi Xu Weilin dan Profesor Liu Xin sebagai penulis terkait.

Timbulnya gaya elektrostatik mandiri yang kuat pada permukaan lapisan serat polimida terutama disebabkan oleh gesekan makroskopis dan polarisasi dipol mikroskopis selama proses pemintalan sentrifugal. Gesekan antara serat dan udara, serta antar serat, menciptakan medan elektrostatis yang kuat, yang memicu polarisasi molekul polimida, sehingga semakin memperkuat medan elektrostatis. Karena insulasi tinggi dan sifat dielektrik polimida yang sangat baik, kehilangan elektrostatisnya minimal, sehingga memperlambat disipasi gaya elektrostatis permukaan. Dibandingkan dengan film polimida yang diperoleh melalui pengecoran, gaya elektrostatis yang kuat hanya terdapat pada permukaan lapisan serat pintal sentrifugal. Simulasi molekuler lebih lanjut mengkonfirmasi perbedaan derajat polarisasi molekul polimida yang diperoleh dengan metode pemintalan dan pengecoran sentrifugal. Energi ikatan hidrogen dari tikar serat pintal sentrifugal dan film cor masing-masing adalah 28,54 kJ/mol dan 19,50 kJ/mol, konsisten dengan stabilitas termalnya. Selain itu, parameter polaritas absolut dari tikar serat pintal sentrifugal lebih tinggi dibandingkan dengan film cor, yang semakin menegaskan bahwa proses pemintalan sentrifugal menginduksi polarisasi molekul polimida, sehingga meningkatkan polaritas molekul.

Analisis sifat morfologi dan fisikokimia polimida dan lapisan serat komposit nanopartikel peraknya menunjukkan bahwa metode pertumbuhan in-situ berhasil merekatkan nanopartikel perak pada lapisan serat polimida. Dalam kisaran suhu dekomposisi termal 30-350 °C, kehilangan berat lapisan serat nanopartikel polimida/perak (PI/Ag) tidak melebihi 5%; uji ketahanan panas menunjukkan bahwa serat PI/Ag mempertahankan bentuknya yang kontinu bahkan setelah perlakuan panas jangka panjang pada suhu 280 °C, tanpa perubahan signifikan pada diameter serat. Stabilitas termal yang sangat baik dari PI/Ag memungkinkan filter udara berdasarkan bahan ini digunakan dalam jangka waktu lama pada suhu lingkungan 200-300 °C.

Uji kinerja filtrasi PI/Ag menunjukkan efisiensi filtrasi PM0,3 pada matras fiber tebal 260 µm adalah 99,1%, dan untuk matras fiber tebal 180 µm adalah 98,1%, dengan penurunan tekanan dikurangi menjadi 73,67 Pa , dan tegangan elektrostatik permukaan rata-rata -713 V. Sebaliknya, tikar serat polimida komersial hanya memiliki tegangan elektrostatis permukaan -10 V, dengan efisiensi filtrasi PM0,3 sebesar 58,5%. Tegangan elektrostatik permukaan sangat tinggi dan struktur jaringan 3D yang dibangun oleh pemintalan sentrifugal secara sinergis meningkatkan efisiensi penyaringan udara PI/Ag. Setelah 330 hari, tegangan elektrostatis permukaan PI/Ag masih tetap di atas -700 V, dan setelah 1 jam perlakuan suhu tinggi pada 280 °C, efisiensi filtrasi untuk PM0,3 tetap di atas 91,3%. Oleh karena itu, PI/Ag dapat memastikan penurunan tekanan yang rendah sekaligus mencapai filtrasi jangka panjang di lingkungan bersuhu tinggi. Uji antibakteri menunjukkan bahwa PI/Ag menunjukkan aktivitas antibakteri yang signifikan terhadap Escherichia coli dan Staphylococcus aureus. Oleh karena itu, PI/Ag yang disiapkan dalam penelitian ini dapat digunakan untuk penyaringan udara sumber bakteri suhu kamar serta penyaringan gas buang sumber suhu tinggi industri.

Ringkasan: Para penulis telah menyiapkan tikar serat polimida antibakteri dan tahan suhu tinggi dengan gaya elektrostatik mandiri yang kuat menggunakan teknologi pemintalan sentrifugal, yang, karena efek gaya elektrostatis mandiri, memiliki efisiensi filtrasi PM0,3 yang tinggi sekaligus memastikan penurunan tekanan rendah. Pekerjaan ini memberikan pendekatan baru terhadap persiapan bahan serat penyaringan udara multifungsi dan efisien dalam skala besar dan berkelanjutan.