Production of ultra-thin nanofibers by electrospinning and filtration efficiency tests

Electrospinning is a straightforward process that uses an electric field to produce polymer ultrathin nanofibers in the range of 100 nm by creation and elongation of an electrified driven jet of polymer solution. This method produces fibers with different sizes and shapes, among witch beads, spider webs, branches, flat ribbons, and split longitudinally fibers. The first aim of this study was to understand the electrospinning process at a scientific level in order to correlate the effects of the operational parameters on the nanofibers structure. Solutions properties such as concentration and age, operational and ambient parameters such as distance tip-to-collector and humidity are the key factors that influence the nanofibers structure. The second aim of the study was to verify if and how the fibers influence the e ciency of a commercial filter when sprayed on its surface. The filtration tests were performed in different set-up conditions, analysing the e ciencies of different types of filters with and without nanofibers on them. Different kinds of nanofibers structures split on filters surfaces produced with different polymer solutions were tested. Its has been found that ultrathin nanofibers strongly improve the e ciency of a commercial filter if split on its surface. An increase of the e ciency and pressure drop has been recorded with nanofibers created with high viscosity of the solution, long collecting time, short distance tip-to-collector and tested with low face velocity.

L'electrospinning è un processo che utilizza un campo elettrico al fine di generare nanofibre ultrafini aventi un diametro medio di 100nm. Le fibre sono create attraverso l'elongazione di un jet elettrificato ricavato da una soluzione di polimeri. Tale metodo produce fibre con differenti diametri e forme, tra cui sfere, ragnatele, diramazioni, nastri e fibre scisse longitudinalmente. Il primo obiettivo della ricerca riguarda lo studio dettagliato del processo dell'electrospinning, col fine di correlare gli effetti dei parametri operativi sulla forma delle nanofibre. Le proprietà quali concentrazione ed età della soluzione, parametri operativi e ambientali come la distanza tra la punto di espulsione della soluzione e la superficie piana e l'umidità sono i fattori chiave che determinano la morfologia delle nanofibre. Il secondo obiettivo della ricerca è verificare se e come le fibre influenzano l'efficienza di filtrazione di un filtro in commercio qualora posizionate sulla superficie di questo. L'analisi è stata eseguita attraverso esperimenti di filtrazione con diversi set-up operativi, attraverso cui è stata valutata l'efficienza di diverse tipologie di filtri, con presenza e assenza di nanofibre sulla superficie. Le analisi sono state svolte con nanofibre create con differenti soluzioni e con diversa morfologia. Da questo studio emerge che le nanofibre ultrasottili, quando posizionate sulla superficie di un filtro in commercio, ne migliorano notevolmente l'efficienza. È stato registrato un aumento di efficienza e di perdita di carico in esperimenti effettuati con ridotta velocità tangenziale su filtri aventi nanofibre create da soluzioni con alta viscosità, limitato tempo di deposito e breve distanza tra il punto di espulsione della soluzione e la superficie piana.