מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
מכון קוריאה לטכנולוגיה כימית (KRICT) מרכז מחקר כימיה מבוססת-ביולוגית, אולסן, 44429, הרפובליקה של קוריאה
חומרים מתקדמים והנדסה כימית, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה (UST), Daejeon, 34113 הרפובליקה של קוריאה
השתמש בקישור למטה כדי לשתף את גרסת הטקסט המלאה של מאמר זה עם החברים והקולגות שלך.למד עוד.
עקב מגיפת הקורונה ובעיות הקשורות לחלקיקים (PM) באוויר, הביקוש למסכות גדל באופן אקספוננציאלי.עם זאת, מסנני מסכות מסורתיים המבוססים על חשמל סטטי וננו מסננת הם כולם חד פעמיים, בלתי מתכלים או ניתנים למחזור, מה שיגרום לבעיות פסולת חמורות.בנוסף, הראשון יאבד את תפקידו בתנאי לחות, בעוד האחרון יפעל עם ירידת לחץ אוויר משמעותית ותתרחש סתימת נקבוביות מהירה יחסית.כאן פותח מסנן מסכת סיבים מתכלה, חסין לחות, נושם במיוחד, בעל ביצועים גבוהים.בקיצור, שני סיבים אולטרה-דקים מתכלים ומחצלות ננו-סיבי משולבים במסנן הממברנה של Janus, ולאחר מכן מצופים בננו-שחצני צ'יטוסן טעונים קטיונית.מסנן זה יעיל כמו מסנן N95 המסחרי ויכול להסיר 98.3% מ-2.5 מיקרומטר PM.ננו-סיביים מסננים פיזית חלקיקים עדינים, וסיבים עדינים במיוחד מספקים הפרש לחץ נמוך של 59 Pa, המתאים לנשימה אנושית.בניגוד לירידה החדה בביצועים של מסנני N95 מסחריים כאשר הם נחשפים ללחות, אובדן הביצועים של מסנן זה הוא זניח, ולכן ניתן להשתמש בו מספר פעמים מכיוון שהדיפול הקבוע של הצ'יטוזן סופח PM דק במיוחד (לדוגמה, חנקן).ותחמוצות גופרית).חשוב שפילטר זה יתפרק לחלוטין באדמה הקומפוסטית תוך 4 שבועות.
מגיפת הקורונה חסרת התקדים הנוכחית (COVID-19) מניעה ביקוש עצום למסכות.[1] ארגון הבריאות העולמי (WHO) מעריך כי יש צורך ב-89 מיליון מסכות רפואיות מדי חודש השנה.[1] לא רק שאנשי מקצוע בתחום הבריאות זקוקים למסכות N95 ביעילות גבוהה, אלא שמסכות לשימוש כללי לכל האנשים הפכו גם לציוד יומי הכרחי למניעת מחלה זיהומית זו בדרכי הנשימה.[1] בנוסף, משרדים רלוונטיים ממליצים בחום על שימוש במסכות חד פעמיות מדי יום, [1] הדבר הוביל לבעיות סביבתיות הקשורות לכמויות גדולות של פסולת מסכות.
מכיוון שחומר חלקיקי (PM) הוא כיום בעיית זיהום האוויר הבעייתית ביותר, מסכות הפכו לאמצעי הנגד היעיל ביותר שזמין לאנשים.PM מתחלק ל-PM2.5 ו-PM10 לפי גודל החלקיקים (2.5 ו-10μm בהתאמה), מה שמשפיע באופן חמור על הסביבה הטבעית [2] ועל איכות חיי האדם בדרכים שונות.[2] מדי שנה, ראש הממשלה גורם ל-4.2 מיליון מקרי מוות ול-103.1 מיליון שנות חיים מותאמות לנכות.[2] PM2.5 מהווה איום חמור במיוחד לבריאות והוא מוגדר רשמית כמסרטן מקבוצה I.[2] לכן, חשוב וחשוב לחקור ולפתח מסנן מסכה יעיל מבחינת חדירות אוויר והסרת PM.[3]
באופן כללי, מסנני סיבים מסורתיים לוכדים PM בשתי דרכים שונות: באמצעות סינון פיזי המבוסס על ננו-סיבים וספיחה אלקטרוסטטית המבוססת על מיקרופייבר (איור 1a).השימוש במסננים מבוססי ננו-סיביים, במיוחד מחצלות ננו-סיבים חשמליות, הוכח כאסטרטגיה יעילה להסרת PM, שהיא תוצאה של זמינות חומר נרחבת ומבנה המוצר הניתן לשליטה.[3] מחצלת הננו-סיביים יכולה להסיר חלקיקים בגודל היעד, הנגרם מהפרש הגודל בין החלקיקים לנקבוביות.[3] עם זאת, סיבים בקנה מידה ננו צריכים להיות מוערמים בצפיפות כדי ליצור נקבוביות קטנות במיוחד, אשר מזיקות לנשימה נוחה של בני אדם בשל הפרש הלחץ הגבוה הנלווה.בנוסף, החורים הקטנים בהכרח ייחסמו מהר יחסית.
מאידך, מחצלת הסיבים העדינים האולטרה-עדינים נמסים נטען אלקטרוסטטית על ידי שדה חשמלי בעל אנרגיה גבוהה, וחלקיקים קטנים מאוד נלכדים על ידי ספיחה אלקטרוסטטית.[4] כדוגמה מייצגת, מכונת הנשמה N95 היא מכונת הנשמה מסננת חלקיקים העומדת בדרישות של המכון הלאומי לבטיחות ובריאות בעבודה מכיוון שהיא יכולה לסנן לפחות 95% מהחלקיקים הנישאים באוויר.סוג זה של מסנן סופג PM דק במיוחד, המורכב בדרך כלל מחומרים אניונים כגון SO42− ו-NO3−, באמצעות משיכה אלקטרוסטטית חזקה.עם זאת, המטען הסטטי על פני השטח של מחצלת הסיבים מתפזר בקלות בסביבה לחה, כמו שנמצא בנשימה לחה של אדם, [4] וכתוצאה מכך ירידה ביכולת הספיחה.
על מנת לשפר עוד יותר את ביצועי הסינון או לפתור את הפשרה בין יעילות ההסרה לבין ירידת לחץ, מסננים המבוססים על ננו-סיביים ומיקרו-סיביים משולבים עם חומרים באיכות גבוהה, כגון חומרי פחמן, מסגרות מתכת אורגניות וננו-חלקיקי PTFE.[4] עם זאת, הרעילות הביולוגית הלא ודאית ופיזור המטען של תוספים אלה הם עדיין בעיות בלתי נמנעות.[4] בפרט, שני סוגי המסננים המסורתיים הללו בדרך כלל אינם מתכלים, ולכן הם יקברו בסופו של דבר במזבלות או יישרפו לאחר השימוש.לכן, פיתוח מסנני מסכות משופרים לפתרון בעיות פסולת אלו ובמקביל לכידת PM בצורה משביעת רצון ועוצמתית הוא צורך נוכחי חשוב.
על מנת לפתור את הבעיות הנ"ל, ייצרנו מסנן ממברנה של Janus המשולב עם מחצלות מיקרופייבר וננו-סיביות על בסיס פולי(בוטילן succinate) (על בסיס PBS)[5].מסנן הממברנה של יאנוס מצופה בשפם ננו של chitosan (CsWs) [5] (איור 1b).כפי שכולנו יודעים, PBS הוא פולימר מתכלה מייצג, שיכול לייצר סיבים עדינים במיוחד וננו-סיביים לא ארוגים באמצעות ספינינג אלקטרו.סיבים בקנה מידה ננו לוכד פיזית PM, בעוד שסיבי ננו בקנה מידה מיקרו מפחיתים את ירידת הלחץ ופועלים כמסגרת CsW.Chitosan הוא חומר מבוסס ביו שהוכח כבעל תכונות ביולוגיות טובות, לרבות תאימות ביולוגית, התכלות ביולוגית ורעילות נמוכה יחסית, [5] מה שיכול להפחית את החרדה הכרוכה בשאיפה מקרית של משתמשים.[5] בנוסף, לצ'יטוזן יש אתרים קטיוניים וקבוצות אמידים קוטביות.[5] אפילו בתנאי לחות, הוא יכול למשוך חלקיקים אולטרה-דקים קוטביים (כגון SO42- ו-NO3-).
כאן אנו מדווחים על מסנן מסכה מתכלה, בעל יעילות גבוהה, חסין לחות ובלחץ נמוך המבוסס על חומרים מתכלים זמינים.בשל השילוב של סינון פיזי וספיחה אלקטרוסטטית, למסנן המשולב מיקרופייבר/ננופייבר מצופה CsW יש יעילות הסרת PM2.5 גבוהה (עד 98%), ובמקביל, ירידת הלחץ המקסימלית על המסנן העבה ביותר היא רק זה 59 Pa, מתאים לנשימה אנושית.בהשוואה לירידה המשמעותית בביצועים שמציג המסנן המסחרי N95, מסנן זה מפגין אובדן זניח של יעילות הסרת PM (<1%) גם כשהוא רטוב לחלוטין, עקב טעינת CsW קבועה.בנוסף, המסננים שלנו מתכלים לחלוטין בקרקע קומפוסט בתוך 4 שבועות.בהשוואה למחקרים אחרים בעלי מושגים דומים, שבהם חלק המסנן מורכב מחומרים מתכלים, או מראה ביצועים מוגבלים ביישומים לא ארוגים ביופולימריים פוטנציאליים, [6] מסנן זה מראה ישירות מתכלות ביולוגית של תכונות מתקדמות (סרט S1, מידע תומך).
כמרכיב במסנן הממברנה של יאנוס, הוכנו לראשונה מחצלות PBS של ננו-סיבי וסיבים עדינים.לכן, פתרונות PBS של 11% ו-12% עברו סחרור חשמלי כדי לייצר סיבים ננומטרים ומיקרומטרים, בהתאמה, בשל ההבדל שלהם בצמיגות.[7] המידע המפורט על מאפייני התמיסה ותנאי הספינינג האופטימליים מופיעים בטבלאות S1 ו-S2, במידע התומך.מכיוון שהסיב כפי שהסתובב עדיין מכיל שאריות ממס, אמבטיית קרישת מים נוספת מתווספת למכשיר ספינינג אופייני, כפי שמוצג באיור 2a.בנוסף, אמבט המים יכול גם להשתמש במסגרת כדי לאסוף את מחצלת סיבי PBS הטהור הנקרש, השונה מהמטריצה המוצקה בסביבה המסורתית (איור 2b).[7] קוטרי הסיבים הממוצעים של מחצלות המיקרופייבר והננו-פייבר הם 2.25 ו-0.51 מיקרומטר, בהתאמה, וקוטרי הנקבוביות הממוצעים הם 13.1 ו-3.5 מיקרומטר, בהתאמה (איור 2c, ד).כאשר ממס הכלורופורם/אתנול 9:1 מתאדה במהירות לאחר שחרורו מהזרבובית, הפרש הצמיגות בין תמיסות של 11 ל-12% משקל גדל במהירות (איור S1, מידע תומך).[7] לכן, הפרש ריכוזים של 1 wt% בלבד יכול לגרום לשינוי משמעותי בקוטר הסיבים.
לפני בדיקת ביצועי המסנן (איור S2, מידע תומך), על מנת להשוות בין מסננים שונים בצורה סבירה, יוצרו אריגים לא ארוגים באלקטרו-ספויים בעובי סטנדרטי, מכיוון שהעובי הוא גורם חשוב המשפיע על הפרש הלחצים ויעילות הסינון של ביצועי המסנן.מכיוון שהחומרים הלא ארוגים הם רכים ונקבוביים, קשה לקבוע ישירות את העובי של אריגים לא ארוגים באלקטרו.עובי הבד הוא בדרך כלל פרופורציונלי לצפיפות פני השטח (משקל ליחידת שטח, משקל בסיס).לכן, במחקר זה, אנו משתמשים במשקל בסיס (gm-2) כמדד יעיל לעובי.[8] העובי נשלט על ידי שינוי זמן הספינינג האלקטרו, כפי שמוצג באיור 2ה.ככל שזמן הסיבוב גדל מדקה אחת ל-10 דקות, עובי מחצלת המיקרופייבר גדל ל-0.2, 2.0, 5.2 ו-9.1 גרם-2, בהתאמה.באותו אופן, העובי של מחצלת הננו-סיבי גדל ל-0.2, 1.0, 2.5 ו-4.8 גרם-2, בהתאמה.מחצלות מיקרופייבר וננופייבר מסווגות לפי ערכי העובי שלהן (gm-2) כ: M0.2, M2.0, M5.2 ו-M9.1, ו-N0.2, N1.0, N2.5 ו-N4. 8.
הפרש לחץ האוויר (ΔP) של המדגם כולו הוא אינדיקטור חשוב לביצועי המסנן.[9] נשימה דרך מסנן עם ירידת לחץ גבוהה אינה נוחה למשתמש.באופן טבעי, נצפה כי ירידת הלחץ גדלה ככל שעובי המסנן גדל, כפי שמוצג באיור S3, מידע תומך.מחצלת הננו-סיביות (N4.8) מציגה ירידת לחץ גבוהה יותר ממחצלת המיקרופייבר (M5.2) בעובי דומה מכיוון שלשטיח הננו-סיביים יש נקבוביות קטנות יותר.כאשר האוויר עובר דרך המסנן במהירות שבין 0.5 ל-13.2 ms-1, ירידת הלחץ של שני סוגי המסננים השונים עולה בהדרגה מ-101 Pa ל-102 Pa. יש לייעל את העובי כדי לאזן את ירידת הלחץ והסרת PM יְעִילוּת;מהירות אוויר של 1.0 ms-1 היא סבירה מכיוון שהזמן שלוקח לבני אדם לנשום דרך הפה הוא בערך 1.3 ms-1.[10] בהקשר זה, ירידת הלחץ של M5.2 ו-N4.8 מקובלת במהירות אוויר של 1.0 ms-1 (פחות מ-50 Pa) (איור S4, מידע תומך).אנא שימו לב כי ירידת הלחץ של מסכות N95 ומסיכות דומה למסנן קוריאני (KF94) היא 50 עד 70 Pa, בהתאמה.עיבוד CsW נוסף ושילוב מסנן מיקרו/ננו יכולים להגביר את התנגדות האוויר;לכן, על מנת לספק שולי נפילת לחץ, ניתחנו את N2.5 ו-M2.0 לפני ניתוח M5.2 ו-N4.8.
במהירות אוויר יעד של 1.0 ms-1, נחקרה יעילות ההסרה של PM1.0, PM2.5 ו-PM10 של מחצלות PBS מיקרופייבר וננו-סיביות ללא מטען סטטי (איור S5, מידע תומך).יש לציין כי יעילות הסרת PM עולה בדרך כלל עם העלייה בעובי ובגודל PM.יעילות ההסרה של N2.5 טובה יותר מ-M2.0 בשל הנקבוביות הקטנות שלו.יעילות ההסרה של M2.0 עבור PM1.0, PM2.5 ו-PM10 הייתה 55.5%, 64.6% ו-78.8%, בהתאמה, בעוד שהערכים הדומים של N2.5 היו 71.9%, 80.1% ו-89.6% (איור 2ו).שמנו לב שההבדל הגדול ביותר ביעילות בין M2.0 ל-N2.5 הוא PM1.0, מה שמצביע על כך שהניפה הפיזית של רשת המיקרופייבר יעילה עבור PM ברמת מיקרון, אך אינה יעילה עבור PM ברמת ננו (איור S6, מידע תומך)., M2.0 ו-N2.5 שניהם מציגים יכולת לכידת PM נמוכה של פחות מ-90%.בנוסף, N2.5 עשוי להיות רגיש יותר לאבק מאשר M2.0, מכיוון שחלקיקי אבק יכולים בקלות לחסום את הנקבוביות הקטנות יותר של N2.5.בהיעדר מטען סטטי, הנפה הפיזית מוגבלת ביכולתה להשיג את ירידת הלחץ הנדרשת ויעילות ההסרה בו-זמנית בגלל יחסי החליפין ביניהם.
ספיחה אלקטרוסטטית היא השיטה הנפוצה ביותר ללכידת PM בצורה יעילה.[11] בדרך כלל, מטען סטטי מופעל בכוח על המסנן הלא ארוג דרך שדה חשמלי בעל אנרגיה גבוהה;עם זאת, מטען סטטי זה מתפזר בקלות בתנאי לחות, וכתוצאה מכך אובדן יכולת לכידת PM.[4] כחומר מבוסס ביו לסינון אלקטרוסטטי, הצגנו CsW באורך 200 ננומטר ו-40 ננומטר רוחב;בשל קבוצות האמוניום וקבוצות האמידים הקוטביות שלהם, ננו-ששוני אלה מכילים מטענים קטיוניים קבועים.המטען החיובי הזמין על פני השטח של CsW מיוצג על ידי פוטנציאל הזטה שלו (ZP);CsW מפוזר במים עם pH של 4.8, ונמצא שה-ZP שלהם הוא +49.8 mV (איור S7, מידע תומך).
סיבי PBS מצופים ב-CsW (ChMs) וננו-סיביים (ChNs) הוכנו על ידי ציפוי טבילה פשוט בפיזור מים של 0.2 wt% CsW, שהוא הריכוז המתאים להצמדת הכמות המקסימלית של CsWs לפני השטח של סיבי PBS, כפי שמוצג ב- איור המוצג באיור 3a ואיור S8, מידע תומך.תמונת ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיית חנקן (EDS) מראה כי פני השטח של סיב PBS מצופים באופן אחיד בחלקיקי CsW, דבר שניכר גם בתמונת מיקרוסקופ האלקטרון הסורק (SEM) (איור 3b; איור S9, מידע תומך) .בנוסף, שיטת ציפוי זו מאפשרת לננו-חומרים טעונים לעטוף דק את פני הסיבים, ובכך למקסם את יכולת ההסרה האלקטרוסטטית של PM (איור S10, מידע תומך).
יעילות הסרת PM של ChM ו- ChN נחקרה (איור 3c).M2.0 ו-N2.5 צופו ב-CsW כדי לייצר ChM2.0 ו-ChN2.5, בהתאמה.יעילות ההסרה של ChM2.0 עבור PM1.0, PM2.5 ו-PM10 הייתה 70.1%, 78.8% ו-86.3%, בהתאמה, בעוד שהערכים הדומים של ChN2.5 היו 77.0%, 87.7% ו-94.6% בהתאמה.ציפוי CsW משפר מאוד את יעילות ההסרה של M2.0 ו-N2.5, וההשפעה הנצפית עבור PM מעט קטן יותר משמעותית יותר.במיוחד, ננו-whiskers של Chitosan הגדילו את יעילות ההסרה של PM0.5 ו-PM1.0 של M2.0 ב-15% ו-13%, בהתאמה (איור S11, מידע תומך).למרות שקשה לכלול את M2.0 ה-PM1.0 הקטן יותר בשל מרווח הפיברילים הרחב יחסית שלו (איור 2c), ChM2.0 סופח PM1.0 מכיוון שהקטיונים והאמידים ב-CsWs עוברים דרך יון-יון, ומצמידים אינטראקציה בין קוטב-יון. , ואינטראקציה דיפול-דיפול עם אבק.בשל ציפוי ה-CsW שלו, יעילות הסרת ה-PM של ChM2.0 ו-ChN2.5 גבוהה כמו זו של M5.2 ו-N4.8 העבים יותר (טבלה S3, מידע תומך).
מעניין, למרות שיעילות הסרת PM השתפרה מאוד, ציפוי CsW כמעט ולא משפיע על ירידת הלחץ.ירידת הלחץ של ChM2.0 ו-ChN2.5 עלתה מעט ל-15 ו-23 Pa, כמעט מחצית מהעלייה שנצפתה עבור M5.2 ו-N4.8 (איור 3d; טבלה S3, מידע תומך).לכן, ציפוי בחומרים מבוססי ביו היא שיטה מתאימה לעמוד בדרישות הביצועים של שני מסננים בסיסיים;כלומר, יעילות הסרת PM והפרש לחץ אוויר, אשר סותרים זה את זה.עם זאת, יעילות ההסרה של PM1.0 ו-PM2.5 של ChM2.0 ו-ChN2.5 נמוכה מ-90%;ברור שצריך לשפר את הביצועים האלה.
מערכת סינון משולבת המורכבת ממספר רב של ממברנות עם שינוי הדרגתי בקטרים של סיבים ובגדלים של נקבוביות יכולה לפתור את הבעיות הנ"ל [12].למסנן האוויר המשולב יש את היתרונות של שני ננו-סיביים שונים ורשתות סיבים עדינות.בהקשר זה, ChM ו- ChN פשוט מוערמים כדי לייצר מסננים משולבים (Int-MNs).לדוגמה, Int-MN4.5 מוכן באמצעות ChM2.0 ו-ChN2.5, והביצועים שלו מושווים ל-ChN4.8 ו-ChM5.2 שיש להם צפיפות שטחים דומים (כלומר עובי).בניסוי יעילות הסרת PM, צד הסיבים האולטרה-דקים של Int-MN4.5 נחשף בחדר המאובק מכיוון שצד הסיבים האולטרה-דקים היה עמיד יותר בפני סתימה מאשר הצד הננו-סיבי.כפי שמוצג באיור 4a, Int-MN4.5 מציג יעילות הסרת PM והפרשי לחץ טובים יותר מאשר שני מסננים חד-רכיביים, עם ירידת לחץ של 37 Pa, הדומה ל-ChM5.2 ונמוכה בהרבה מ-ChM5.2 ChN4.8. בנוסף, יעילות הסרת PM1.0 של Int-MN4.5 היא 91% (איור 4ב).מצד שני, ChM5.2 לא הראה יעילות הסרת PM1.0 כה גבוהה מכיוון שהנקבוביות שלו גדולות יותר מאלו של Int-MN4.5.
זמן פרסום: נובמבר-03-2021
