المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
المعهد الكوري للتكنولوجيا الكيميائية (KRICT) مركز أبحاث الكيمياء الحيوية ، أولسان ، 44429 ، جمهورية كوريا
المواد المتقدمة والهندسة الكيميائية ، جامعة العلوم والتكنولوجيا (UST) ، دايجون ، 34113 جمهورية كوريا
استخدم الرابط أدناه لمشاركة النسخة الكاملة من هذه المقالة مع أصدقائك وزملائك.يتعلم أكثر.
بسبب جائحة الفيروس التاجي والقضايا المتعلقة بالجسيمات (PM) في الهواء ، نما الطلب على الأقنعة بشكل كبير.ومع ذلك ، فإن مرشحات القناع التقليدية القائمة على الكهرباء الساكنة ومصفاة النانو كلها يمكن التخلص منها أو غير قابلة للتحلل أو قابلة لإعادة التدوير ، مما يؤدي إلى مشاكل خطيرة في النفايات.بالإضافة إلى ذلك ، سيفقد الأول وظيفته في ظل الظروف الرطبة ، بينما سيعمل الأخير مع انخفاض كبير في ضغط الهواء وسيحدث انسداد سريع نسبيًا للمسام.هنا ، تم تطوير مرشح قناع من الألياف قابل للتحلل الحيوي ومقاوم للرطوبة وقابل للتنفس وعالي الأداء.باختصار ، تم دمج ألياف متناهية الصغر قابلة للتحلل البيولوجي وحصائر من الألياف النانوية في مرشح جانوس الغشائي ، ثم تم تغطيتها بشفرات نانوية شيتوزان مشحونة كاتيونيًا.هذا المرشح فعال مثل مرشح N95 التجاري ويمكن أن يزيل 98.3٪ من 2.5 ميكرومتر PM.تقوم الألياف النانوية بفحص الجسيمات الدقيقة جسديًا ، وتوفر الألياف متناهية الصغر فرق ضغط منخفض يبلغ 59 باسكال ، وهو مناسب للتنفس البشري.على عكس الانخفاض الحاد في أداء مرشحات N95 التجارية عند تعرضها للرطوبة ، فإن فقدان أداء هذا الفلتر لا يكاد يذكر ، لذلك يمكن استخدامه عدة مرات لأن ثنائي القطب الدائم من الشيتوزان يمتص الجسيمات متناهية الصغر (على سبيل المثال ، النيتروجين).وأكاسيد الكبريت).من المهم أن يتحلل هذا المرشح تمامًا في التربة السماد في غضون 4 أسابيع.
يقود جائحة فيروس كورونا الحالي غير المسبوق (COVID-19) طلبًا كبيرًا على الأقنعة.[1] تقدر منظمة الصحة العالمية (WHO) أن هناك حاجة إلى 89 مليون كمامة طبية كل شهر هذا العام.[1] لا يحتاج اختصاصيو الرعاية الصحية إلى أقنعة N95 عالية الكفاءة فحسب ، بل أصبحت الأقنعة ذات الأغراض العامة لجميع الأفراد أيضًا معدات يومية لا غنى عنها للوقاية من هذا المرض التنفسي المعدي.[1] بالإضافة إلى ذلك ، توصي الوزارات المعنية بشدة باستخدام الأقنعة التي تستخدم لمرة واحدة كل يوم ، [1] وقد أدى ذلك إلى مشاكل بيئية تتعلق بكميات كبيرة من نفايات الأقنعة.
نظرًا لأن الجسيمات (PM) هي حاليًا المشكلة الأكثر إشكالية لتلوث الهواء ، فقد أصبحت الأقنعة أكثر الإجراءات المضادة فعالية المتاحة للأفراد.يتم تقسيم PM إلى PM2.5 و PM10 وفقًا لحجم الجسيمات (2.5 و 10 ميكرومتر على التوالي) ، مما يؤثر بشكل خطير على البيئة الطبيعية [2] ونوعية حياة الإنسان بطرق مختلفة.[2] في كل عام ، يتسبب الجراثيم في حدوث 4.2 مليون حالة وفاة و 103.1 مليون سنة من سنوات العمر المعدلة بالإعاقة.[2] تشكل مادة PM2.5 تهديدًا خطيرًا بشكل خاص للصحة وتم تصنيفها رسميًا على أنها مادة مسرطنة من المجموعة الأولى.[2] لذلك ، من المهم والمناسب البحث عن مرشح قناع فعال وتطويره من حيث نفاذية الهواء وإزالة الجسيمات.[3]
بشكل عام ، تلتقط مرشحات الألياف التقليدية الجسيمات بطريقتين مختلفتين: من خلال الغربلة الفيزيائية القائمة على الألياف النانوية والامتصاص الكهروستاتيكي على أساس الألياف الدقيقة (الشكل 1 أ).أثبت استخدام الفلاتر القائمة على الألياف النانوية ، وخاصةً حصائر الألياف النانوية المغزولة كهربائياً ، أنها استراتيجية فعالة لإزالة الجسيمات الدقيقة ، والتي تنتج عن توافر المواد على نطاق واسع وبنية المنتج التي يمكن التحكم فيها.[3] يمكن أن تزيل حصيرة الألياف النانوية جزيئات الحجم المستهدف ، والتي تنتج عن اختلاف الحجم بين الجسيمات والمسام.[3] ومع ذلك ، يجب تكديس ألياف النانو بكثافة لتشكيل مسام صغيرة للغاية ، والتي تضر بالتنفس البشري المريح بسبب اختلاف الضغط المرتفع المصاحب.بالإضافة إلى ذلك ، سيتم حتمًا سد الثقوب الصغيرة بسرعة نسبيًا.
من ناحية أخرى ، يتم شحن حصيرة الألياف فائقة النعومة المصهورة كهربائياً بواسطة مجال كهربائي عالي الطاقة ، ويتم التقاط الجسيمات الصغيرة جدًا عن طريق الامتصاص الكهروستاتيكي.[4] وكمثال تمثيلي ، فإن جهاز التنفس N95 عبارة عن جهاز تنفس قناع للوجه يعمل على ترشيح الجسيمات ويلبي متطلبات المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية لأنه يمكنه تصفية ما لا يقل عن 95٪ من الجزيئات المحمولة بالهواء.يمتص هذا النوع من المرشح PM فائق الدقة ، والذي يتكون عادة من مواد أنيونية مثل SO42− و NO3− ، من خلال جذب إلكتروستاتيكي قوي.ومع ذلك ، فإن الشحنة الساكنة على سطح حصيرة الألياف تتبدد بسهولة في بيئة رطبة ، مثل تلك الموجودة في تنفس الإنسان الرطب ، [4] مما يؤدي إلى انخفاض في قدرة الامتصاص.
من أجل زيادة تحسين أداء الترشيح أو حل المفاضلة بين كفاءة الإزالة وانخفاض الضغط ، يتم دمج المرشحات القائمة على الألياف النانوية والألياف الدقيقة مع مواد عالية k ، مثل المواد الكربونية والأطر العضوية المعدنية والجسيمات النانوية PTFE.[4] ومع ذلك ، فإن السمية البيولوجية غير المؤكدة وتبديد الشحنة لهذه المواد المضافة لا تزال مشاكل لا مفر منها.[4] على وجه الخصوص ، هذان النوعان من المرشحات التقليدية عادة ما يكونان غير قابلين للتحلل ، لذلك سيتم دفنها في نهاية المطاف في مدافن القمامة أو حرقها بعد الاستخدام.لذلك ، فإن تطوير مرشحات القناع المحسّنة لحل مشاكل النفايات هذه وفي نفس الوقت التقاط الجسيمات بطريقة مرضية وقوية هو حاجة حالية مهمة.
من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه ، قمنا بتصنيع مرشح غشائي Janus مدمج مع بولي (بوتيلين سكسينات) القائم على (PBS) [5] ميكروفايبر وحصائر من الألياف النانوية.مرشح غشاء جانوس مغطى بشعيرات شيتوزان نانوية (CsWs) [5] (الشكل 1 ب).كما نعلم جميعًا ، فإن PBS عبارة عن بوليمر تمثيلي قابل للتحلل الحيوي ، والذي يمكن أن ينتج أليافًا متناهية الصغر وألياف نانوية غير منسوجة من خلال الغزل الكهربائي.تحبس الألياف ذات المقياس النانوي PM فعليًا ، بينما تقلل الألياف النانوية صغيرة الحجم انخفاض الضغط وتعمل كإطار CsW.الشيتوزان عبارة عن مادة حيوية ثبت أن لها خصائص بيولوجية جيدة ، بما في ذلك التوافق الحيوي وقابلية التحلل البيولوجي والسمية المنخفضة نسبيًا ، [5] والتي يمكن أن تقلل من القلق المرتبط بالاستنشاق العرضي للمستخدمين.[5] بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الشيتوزان على مواقع كاتيونية ومجموعات أميد قطبية.[5] حتى في ظل الظروف الرطبة ، يمكنها جذب جزيئات قطبية فائقة الدقة (مثل SO42- و NO3-).
هنا ، أبلغنا عن مرشح قناع قابل للتحلل وعالي الكفاءة ومقاوم للرطوبة والضغط المنخفض بناءً على المواد القابلة للتحلل بسهولة.نظرًا للجمع بين الغربلة الفيزيائية والامتصاص الكهروستاتيكي ، فإن الفلتر المدمج المصنوع من الألياف الدقيقة / الألياف النانوية المغطى بـ CsW يتمتع بكفاءة عالية في إزالة PM2.5 (تصل إلى 98٪) ، وفي نفس الوقت ، يكون الحد الأقصى لانخفاض الضغط على الفلتر الأكثر سمكًا هو فقط 59 باسكال ، مناسب للتنفس البشري.مقارنةً بالتدهور الكبير في الأداء الذي يظهره المرشح التجاري N95 ، يُظهر هذا المرشح خسارة ضئيلة في كفاءة إزالة الجسيمات (أقل من 1٪) حتى عندما تكون مبللة تمامًا ، بسبب شحنة CsW الدائمة.بالإضافة إلى ذلك ، فلاترنا قابلة للتحلل بشكل كامل في التربة السماد في غضون 4 أسابيع.مقارنة بالدراسات الأخرى ذات المفاهيم المماثلة ، حيث يتكون جزء المرشح من مواد قابلة للتحلل الحيوي ، أو يُظهر أداءً محدودًا في التطبيقات غير المنسوجة من البوليمر الحيوي المحتمل ، [6] يُظهر هذا المرشح مباشرةً قابلية التحلل البيولوجي للميزات المتقدمة (الفيلم S1 ، المعلومات الداعمة).
كمكون لمرشح غشاء Janus ، تم تحضير حصائر PBS من الألياف النانوية والألياف فائقة النعومة لأول مرة.لذلك ، تم غزل 11٪ و 12٪ محلول PBS كهربائيًا لإنتاج ألياف نانومترية وميكرومتر ، على التوالي ، نظرًا لاختلافهما في اللزوجة.[7] تم سرد المعلومات التفصيلية لخصائص المحلول وظروف الغزل الكهربائي المثلى في الجدولين S1 و S2 في المعلومات الداعمة.نظرًا لأن الألياف المغزولة لا تزال تحتوي على مذيب متبقي ، تتم إضافة حمام تخثر مائي إضافي إلى جهاز غزل كهربائي نموذجي ، كما هو موضح في الشكل 2 أ.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للحمام المائي أيضًا استخدام الإطار لتجميع حصيرة ألياف PBS النقية المتخثرة ، والتي تختلف عن المصفوفة الصلبة في الإعداد التقليدي (الشكل 2 ب).[7] يبلغ متوسط أقطار الألياف لحصائر الألياف الدقيقة والنانو 2.25 و 0.51 ميكرومتر على التوالي ، ومتوسط أقطار المسام 13.1 و 3.5 ميكرومتر على التوالي (الشكل 2 ج ، د).نظرًا لأن مذيب الكلوروفورم / الإيثانول 9: 1 يتبخر بسرعة بعد إطلاقه من الفوهة ، يزداد فرق اللزوجة بين الحلول 11 و 12٪ بالوزن بسرعة (الشكل S1 ، المعلومات الداعمة).[7] لذلك ، يمكن أن يؤدي اختلاف التركيز بنسبة 1٪ بالوزن إلى تغيير كبير في قطر الألياف.
قبل التحقق من أداء المرشح (الشكل S2 ، المعلومات الداعمة) ، من أجل مقارنة المرشحات المختلفة بشكل معقول ، تم تصنيع أقمشة غير منسوجة مغزولة كهربائياً ذات سمك قياسي ، لأن السماكة عامل مهم يؤثر على فرق الضغط وكفاءة الترشيح لأداء المرشح.نظرًا لأن الأقمشة غير المنسوجة ناعمة ومسامية ، فمن الصعب تحديد سمك الأقمشة غير المنسوجة الكهربائية بشكل مباشر.يتناسب سمك القماش بشكل عام مع كثافة السطح (الوزن لكل وحدة مساحة ، الوزن الأساسي).لذلك ، في هذه الدراسة ، نستخدم الوزن الأساسي (جم -2) كمقياس فعال للسمك.[8] يتم التحكم في السماكة عن طريق تغيير وقت الغزل الكهربائي ، كما هو موضح في الشكل 2 هـ.مع زيادة وقت العصر من دقيقة واحدة إلى 10 دقائق ، يزداد سمك حصيرة الألياف الدقيقة إلى 0.2 و 2.0 و 5.2 و 9.1 جم 2 على التوالي.بنفس الطريقة ، تمت زيادة سمك حصيرة الألياف النانوية إلى 0.2 و 1.0 و 2.5 و 4.8 جم 2 على التوالي.يتم تحديد حصائر Microfiber و nanofiber بقيم سمكها (جم -2) على النحو التالي: M0.2 و M2.0 و M5.2 و M9.1 و N0.2 و N1.0 و N2.5 و N4. 8.
يعد فرق ضغط الهواء (P) للعينة بأكملها مؤشرًا مهمًا لأداء المرشح.[9] التنفس من خلال مرشح مع انخفاض ضغط مرتفع أمر غير مريح للمستخدم.وبطبيعة الحال ، يلاحظ أن انخفاض الضغط يزداد مع زيادة سمك المرشح ، كما هو موضح في الشكل S3 ، المعلومات الداعمة.تُظهر حصيرة الألياف النانوية (N4.8) انخفاضًا أعلى في الضغط من حصيرة الألياف الدقيقة (M5.2) بسماكة مماثلة لأن حصيرة الألياف النانوية بها مسام أصغر.عندما يمر الهواء عبر الفلتر بسرعة تتراوح بين 0.5 و 13.2 مللي ثانية -1 ، فإن انخفاض الضغط لنوعين مختلفين من المرشحات يزداد تدريجياً من 101 باسكال إلى 102 باسكال. يجب تحسين السماكة لموازنة انخفاض الضغط وإزالة الجسيمات كفاءة؛سرعة هواء 1.0 مللي ثانية - 1 معقولة لأن الوقت الذي يستغرقه البشر للتنفس من خلال الفم يبلغ حوالي 1.3 مللي ثانية.[10] في هذا الصدد ، فإن انخفاض الضغط بمقدار M5.2 و N4.8 مقبول عند سرعة هواء تبلغ 1.0 مللي ثانية -1 (أقل من 50 باسكال) (الشكل S4 ، المعلومات الداعمة).يرجى ملاحظة أن انخفاض ضغط أقنعة N95 وأقنعة الترشيح الكورية المماثلة (KF94) تتراوح من 50 إلى 70 باسكال ، على التوالي.يمكن أن تؤدي معالجة CsW الإضافية وتكامل الفلتر الصغير / النانو إلى زيادة مقاومة الهواء ؛لذلك ، من أجل توفير هامش انخفاض الضغط ، قمنا بتحليل N2.5 و M2.0 قبل تحليل M5.2 و N4.8.
عند سرعة هواء مستهدفة تبلغ 1.0 مللي ثانية ، تمت دراسة كفاءة إزالة PM1.0 و PM2.5 و PM10 من حصائر PBS من الألياف الدقيقة والألياف النانوية بدون شحنة ثابتة (الشكل S5 ، المعلومات الداعمة).لوحظ أن كفاءة إزالة الجسيمات تزداد بشكل عام مع زيادة السماكة وحجم الجسيمات.كفاءة الإزالة لـ N2.5 أفضل من M2.0 بسبب مسامها الأصغر.كانت كفاءات إزالة M2.0 لـ PM1.0 و PM2.5 و PM10 55.5٪ و 64.6٪ و 78.8٪ على التوالي ، بينما كانت القيم المماثلة لـ N2.5 71.9٪ و 80.1٪ و 89.6٪ (الشكل 2f).لاحظنا أن الاختلاف الأكبر في الكفاءة بين M2.0 و N2.5 هو PM1.0 ، مما يشير إلى أن النخل المادي لشبكة الألياف الدقيقة فعال بالنسبة للجسيمات الدقيقة على مستوى الميكرون ، ولكنه غير فعال بالنسبة للجسيمات النانوية (الشكل). S6 ، المعلومات الداعمة).يظهر كل من M2.0 و N2.5 قدرة التقاط منخفضة للجسيمات أقل من 90٪.بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون N2.5 أكثر عرضة للغبار من M2.0 ، لأن جزيئات الغبار يمكن أن تسد بسهولة المسام الأصغر لـ N2.5.في حالة عدم وجود شحنة ثابتة ، فإن الغربلة المادية محدودة في قدرتها على تحقيق انخفاض الضغط المطلوب وكفاءة الإزالة في نفس الوقت بسبب علاقة المقايضة بينهما.
يعد الامتزاز الكهروستاتيكي الطريقة الأكثر استخدامًا لالتقاط الجسيمات الدقيقة بطريقة فعالة.[11] بشكل عام ، يتم تطبيق الشحنة الساكنة بالقوة على المرشح غير المنسوج من خلال مجال كهربائي عالي الطاقة ؛ومع ذلك ، فإن هذه الشحنة الساكنة تتبدد بسهولة في ظل الظروف الرطبة ، مما يؤدي إلى فقدان القدرة على التقاط الجسيمات.[4] كمواد حيوية للترشيح الكهروستاتيكي ، قدمنا 200 نانومتر بطول 200 نانومتر وعرض 40 نانومتر CsW ؛بسبب مجموعات الأمونيوم ومجموعات الأميد القطبية ، تحتوي هذه الخطوط النانوية على شحنات كاتيونية دائمة.يتم تمثيل الشحنة الموجبة المتاحة على سطح CsW بجهد زيتا (ZP) ؛يتم تشتيت CsW في الماء برقم هيدروجيني 4.8 ، ووجد أن ZP هو +49.8 mV (الشكل S7 ، المعلومات الداعمة).
تم تحضير الألياف الدقيقة PBS المغلفة بـ CsW (ChMs) والألياف النانوية (ChNs) عن طريق طلاء بسيط بالغمس في 0.2٪ بالوزن تشتت الماء CsW ، وهو التركيز المناسب لإرفاق أكبر كمية من CsWs بسطح ألياف PBS ، كما هو موضح في الشكل الموضح في الشكل 3 أ والشكل S8 ، المعلومات الداعمة.تُظهر صورة التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة لطاقة النيتروجين (EDS) أن سطح ألياف PBS مغطى بشكل موحد بجزيئات CsW ، وهو ما يتضح أيضًا في صورة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) (الشكل 3 ب ؛ الشكل S9 ، المعلومات الداعمة) .بالإضافة إلى ذلك ، تمكّن طريقة الطلاء هذه المواد النانوية المشحونة من التفاف سطح الألياف بدقة ، وبالتالي زيادة قدرة إزالة الجسيمات الكهروستاتيكية (الشكل S10 ، المعلومات الداعمة).
تمت دراسة كفاءة إزالة PM من ChM و ChN (الشكل 3 ج).تم طلاء M2.0 و N2.5 بـ CsW لإنتاج ChM2.0 و ChN2.5 ، على التوالي.كانت كفاءات إزالة ChM2.0 لـ PM1.0 و PM2.5 و PM10 70.1٪ و 78.8٪ و 86.3٪ على التوالي ، بينما كانت القيم المماثلة لـ ChN2.5 77.0٪ و 87.7٪ و 94.6٪ على التوالي.يحسن طلاء CsW بشكل كبير كفاءة الإزالة لـ M2.0 و N2.5 ، والتأثير الملحوظ لـ PM الأصغر قليلاً يكون أكثر أهمية.على وجه الخصوص ، زادت مركبات الكيتوزان النانوية من كفاءة إزالة M2.0 و PM0.5 و PM1.0 بنسبة 15 ٪ و 13 ٪ على التوالي (الشكل S11 ، المعلومات الداعمة).على الرغم من صعوبة استبعاد M2.0 الأصغر PM1.0 نظرًا لتباعد الألياف العريض نسبيًا (الشكل 2 ج) ، فإن ChM2.0 يمتص PM1.0 لأن الكاتيونات والأميدات في CsWs تمر عبر أيون أيون ، اقتران تفاعل القطب الأيوني ، والتفاعل ثنائي القطب ثنائي القطب مع الغبار.نظرًا لطلاء CsW ، فإن كفاءة إزالة PM لـ ChM2.0 و ChN2.5 عالية مثل تلك الخاصة بـ M5.2 و N4.8 الأكثر سمكًا (الجدول S3 ، المعلومات الداعمة).
ومن المثير للاهتمام ، على الرغم من تحسن كفاءة إزالة الجسيمات بشكل كبير ، فإن طلاء CsW بالكاد يؤثر على انخفاض الضغط.زاد انخفاض الضغط في ChM2.0 و ChN2.5 بشكل طفيف إلى 15 و 23 باسكال ، ما يقرب من نصف الزيادة الملحوظة في M5.2 و N4.8 (الشكل ثلاثي الأبعاد ؛ الجدول S3 ، المعلومات الداعمة).لذلك ، يعد الطلاء بالمواد الحيوية طريقة مناسبة لتلبية متطلبات أداء مرشحين أساسيين ؛أي كفاءة إزالة الجسيمات وفرق ضغط الهواء ، وهما أمران متنافيان.ومع ذلك ، فإن كفاءة إزالة PM1.0 و PM2.5 من ChM2.0 و ChN2.5 كلاهما أقل من 90٪ ؛من الواضح أن هذا الأداء يحتاج إلى تحسين.
يمكن لنظام ترشيح متكامل يتكون من أغشية متعددة مع تغيير تدريجي لأقطار الألياف وأحجام المسام أن يحل المشكلات المذكورة أعلاه [12].يتميز فلتر الهواء المدمج بمزايا نوعين مختلفين من الألياف النانوية وشبكات ألياف فائقة النعومة.في هذا الصدد ، يتم تكديس ChM و ChN ببساطة لإنتاج مرشحات متكاملة (Int-MNs).على سبيل المثال ، تم تحضير Int-MN4.5 باستخدام ChM2.0 و ChN2.5 ، وتمت مقارنة أدائه مع ChN4.8 و ChM5.2 اللذين لهما كثافة مساحية متشابهة (أي سمك).في تجربة كفاءة إزالة الجسيمات ، تم تعريض جانب الألياف متناهية الصغر من Int-MN4.5 في الغرفة المتربة لأن جانب الألياف متناهية الصغر كان أكثر مقاومة للانسداد من جانب الألياف النانوية.كما هو مبين في الشكل 4 أ ، يُظهر Int-MN4.5 كفاءة أفضل في إزالة الجسيمات وفرق الضغط من مرشحين أحادي المكونات ، مع انخفاض ضغط قدره 37 باسكال ، وهو مشابه لـ ChM5.2 وأقل بكثير من ChM5.2 ChN4.8. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كفاءة إزالة PM1.0 لـ Int-MN4.5 هي 91٪ (الشكل 4 ب).من ناحية أخرى ، لم يُظهر ChM5.2 كفاءة إزالة عالية PM1.0 لأن مسامها أكبر من مسام Int-MN4.5.
الوقت ما بعد: نوفمبر 03-2021
