კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
კორეის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (KRICT) ბიოლოგიურად დაფუძნებული ქიმიის კვლევის ცენტრი, ულსანი, 44429, კორეის რესპუბლიკა
გაფართოებული მასალები და ქიმიური ინჟინერია, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტი (UST), Daejeon, 34113 კორეის რესპუბლიკა
გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ბმული, რათა გაუზიაროთ ამ სტატიის სრული ტექსტური ვერსია თქვენს მეგობრებსა და კოლეგებს.გაიგე მეტი.
კორონავირუსის პანდემიისა და ჰაერში არსებულ ნაწილაკებთან (PM) დაკავშირებული საკითხების გამო, ნიღბებზე მოთხოვნა ექსპონენტურად გაიზარდა.თუმცა, ტრადიციული ნიღბების ფილტრები, რომლებიც დაფუძნებულია სტატიკური ელექტროენერგიისა და ნანო საცერზე, არის ერთჯერადი, არადეგრადირებადი ან გადამუშავებადი, რაც გამოიწვევს ნარჩენების სერიოზულ პრობლემებს.გარდა ამისა, პირველი დაკარგავს თავის ფუნქციას ტენიან პირობებში, ხოლო მეორე იმუშავებს ჰაერის წნევის მნიშვნელოვანი ვარდნით და მოხდება ფორების შედარებით სწრაფი გადაკეტვა.აქ შემუშავებულია ბიოდეგრადირებადი, ტენიანობისგან დამცავი, მაღალ სუნთქვადი, მაღალი ხარისხის ბოჭკოვანი ნიღბის ფილტრი.მოკლედ, ორი ბიოდეგრადირებადი ულტრაწვრილი ბოჭკო და ნანობოჭკოვანი ხალიჩები ინტეგრირებულია Janus-ის მემბრანულ ფილტრში და შემდეგ დაფარულია კატიონურად დამუხტული ქიტოზანის ნანო ულვაშით.ეს ფილტრი ისეთივე ეფექტურია, როგორც კომერციული N95 ფილტრი და შეუძლია ამოიღოს 2.5 μm PM-ის 98,3%.ნანობოჭკოები ფიზიკურად ასუფთავებენ წვრილ ნაწილაკებს, ხოლო ულტრაწვრილი ბოჭკოები უზრუნველყოფენ დაბალი წნევის განსხვავებას 59 Pa, რაც შესაფერისია ადამიანის სუნთქვისთვის.კომერციული N95 ფილტრების მუშაობის მკვეთრი ვარდნის საპირისპიროდ, ტენიანობის ზემოქმედების დროს, ამ ფილტრის ეფექტურობის დაკარგვა უმნიშვნელოა, ამიტომ მისი გამოყენება მრავალჯერ შეიძლება, რადგან ქიტოზანის მუდმივი დიპოლური შთანთქავს ულტრაფინირებულ PM-ს (მაგალითად, აზოტს).და გოგირდის ოქსიდები).მნიშვნელოვანია, რომ ეს ფილტრი მთლიანად იშლება კომპოსტირებულ ნიადაგში 4 კვირის განმავლობაში.
ამჟამინდელი უპრეცედენტო კოროვირუსული პანდემია (COVID-19) იწვევს ნიღბების დიდ მოთხოვნას.[1] ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის (WHO) შეფასებით, წელს ყოველთვიურად საჭიროა 89 მილიონი სამედიცინო ნიღაბი.[1] არა მხოლოდ ჯანდაცვის პროფესიონალებს ესაჭიროებათ მაღალი ეფექტურობის N95 ნიღბები, არამედ ზოგადი დანიშნულების ნიღბები ყველა ინდივიდისთვის ასევე გახდა შეუცვლელი ყოველდღიური მოწყობილობა ამ რესპირატორული ინფექციური დაავადების პროფილაქტიკისთვის.[1] გარდა ამისა, შესაბამისი სამინისტროები კატეგორიულად რეკომენდაციას უწევენ ერთჯერადი ნიღბების ყოველდღიურ გამოყენებას, [1] ამან გამოიწვია ეკოლოგიური პრობლემები დიდი რაოდენობით ნიღბის ნარჩენებთან დაკავშირებით.
მას შემდეგ, რაც ნაწილაკები (PM) ამჟამად ჰაერის დაბინძურების ყველაზე პრობლემური პრობლემაა, ნიღბები გახდა ყველაზე ეფექტური საწინააღმდეგო ღონისძიება, რომელიც ხელმისაწვდომია ინდივიდებისთვის.PM იყოფა PM2.5 და PM10 ნაწილაკების ზომის მიხედვით (2.5 და 10μm შესაბამისად), რაც სერიოზულად მოქმედებს ბუნებრივ გარემოზე [2] და ადამიანის ცხოვრების ხარისხზე სხვადასხვა გზით.[2] ყოველწლიურად, PM იწვევს 4,2 მილიონ სიკვდილს და 103,1 მილიონ ინვალიდობის მორგებულ ცხოვრების წლებს.[2] PM2.5 განსაკუთრებით სერიოზულ საფრთხეს უქმნის ჯანმრთელობას და ოფიციალურად დასახელებულია I ჯგუფის კანცეროგენად.[2] ამიტომ დროული და მნიშვნელოვანია ეფექტური ნიღბის ფილტრის კვლევა და შემუშავება ჰაერის გამტარიანობისა და PM-ის მოცილების თვალსაზრისით.[3]
ზოგადად რომ ვთქვათ, ტრადიციული ბოჭკოვანი ფილტრები იჭერენ PM-ს ორი განსხვავებული გზით: ნანობოჭკოებზე დაფუძნებული ფიზიკური გაცრის გზით და მიკრობოჭკოებზე დაფუძნებული ელექტროსტატიკური ადსორბციით (სურათი 1a).ნანობოჭკოვანი ფილტრების გამოყენება, განსაკუთრებით ელექტროდაწნული ნანობოჭკოვანი ხალიჩების გამოყენება დადასტურდა, რომ ეფექტური სტრატეგიაა PM-ის მოსაშორებლად, რაც არის მასალის ფართო ხელმისაწვდომობის და კონტროლირებადი პროდუქტის სტრუქტურის შედეგი.[3] ნანობოჭკოვანი ხალიჩას შეუძლია ამოიღოს სამიზნე ზომის ნაწილაკები, რაც გამოწვეულია ნაწილაკებსა და ფორებს შორის ზომის სხვაობით.[3] თუმცა, ნანო-მასშტაბის ბოჭკოები მჭიდროდ უნდა იყოს დაწყობილი, რათა წარმოიქმნას უკიდურესად პატარა ფორები, რომლებიც საზიანოა ადამიანის კომფორტული სუნთქვისთვის ასოცირებული მაღალი წნევის სხვაობის გამო.გარდა ამისა, მცირე ხვრელები აუცილებლად იკეტება შედარებით სწრაფად.
მეორეს მხრივ, მდნარი ულტრა წვრილ ბოჭკოვანი ხალიჩა ელექტროსტატიკურად დამუხტულია მაღალი ენერგიის ელექტრული ველით და ძალიან მცირე ნაწილაკები იჭერს ელექტროსტატიკური ადსორბციით.[4] როგორც წარმომადგენლობითი მაგალითი, N95 რესპირატორი არის ნაწილაკების ფილტრი სახის ნიღბის რესპირატორი, რომელიც აკმაყოფილებს შრომის უსაფრთხოებისა და ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტის მოთხოვნებს, რადგან მას შეუძლია ჰაერში არსებული ნაწილაკების მინიმუმ 95%-ის გაფილტვრა.ამ ტიპის ფილტრი შთანთქავს ულტრა წვრილ PM-ს, რომელიც ჩვეულებრივ შედგება ანიონური ნივთიერებებისგან, როგორიცაა SO42− და NO3−, ძლიერი ელექტროსტატიკური მიზიდულობის მეშვეობით.თუმცა, ბოჭკოვანი ხალიჩის ზედაპირზე სტატიკური მუხტი ადვილად იშლება ტენიან გარემოში, როგორიცაა ტენიანი ადამიანის სუნთქვა, [4] რის შედეგადაც მცირდება ადსორბციის უნარი.
ფილტრაციის მუშაობის შემდგომი გაუმჯობესების ან მოხსნის ეფექტურობასა და წნევის ვარდნას შორის ურთიერთგაგების გადასაჭრელად, ნანობოჭკოებსა და მიკრობოჭკოებზე დაფუძნებული ფილტრები კომბინირებულია მაღალი k-ის მასალებთან, როგორიცაა ნახშირბადის მასალები, ლითონის ორგანული ჩარჩოები და PTFE ნანონაწილაკები.[4] თუმცა, ამ დანამატების გაურკვეველი ბიოლოგიური ტოქსიკურობა და მუხტის გაფანტვა მაინც გარდაუვალი პრობლემაა.[4] კერძოდ, ეს ორი ტიპის ტრადიციული ფილტრები, როგორც წესი, არ არის დეგრადირებადი, ამიტომ ისინი საბოლოოდ დაიმარხება ნაგავსაყრელებზე ან დაწვა გამოყენების შემდეგ.ამიტომ, გაუმჯობესებული ნიღბების ფილტრების შემუშავება ნარჩენების ამ პრობლემების გადასაჭრელად და ამავე დროს PM-ის დამაკმაყოფილებელი და მძლავრი ფორმით გადასაღებად არის მნიშვნელოვანი მიმდინარე საჭიროება.
ზემოაღნიშნული პრობლემების გადასაჭრელად, ჩვენ დავამზადეთ Janus-ის მემბრანული ფილტრი, რომელიც ინტეგრირებულია პოლი(ბუტილენ სუქცინატზე) დაფუძნებულ (PBS-ზე დაფუძნებული)[5] მიკროფიბერისა და ნანობოჭკოვანი ხალიჩებით.იანუსის მემბრანული ფილტრი დაფარულია ქიტოზანის ნანო ულვაშით (CsWs) [5] (სურათი 1b).როგორც ყველამ ვიცით, PBS არის წარმომადგენლობითი ბიოდეგრადირებადი პოლიმერი, რომელსაც შეუძლია ელექტროსპინინგის საშუალებით აწარმოოს ულტრაფინირებული ბოჭკოვანი და ნანობოჭკოვანი ქსოვილები.ნანო მასშტაბის ბოჭკოები ფიზიკურად იჭერენ PM-ს, ხოლო მიკრო მასშტაბის ნანო-ბოჭკოები ამცირებს წნევის ვარდნას და მოქმედებს როგორც CsW ჩარჩო.ქიტოზანი არის ბიოლოგიურად დაფუძნებული მასალა, რომელსაც აქვს კარგი ბიოლოგიური თვისებები, მათ შორის ბიოშეთავსებადობა, ბიოდეგრადირება და შედარებით დაბალი ტოქსიკურობა, [5], რამაც შეიძლება შეამციროს მომხმარებლების შემთხვევითი ინჰალაციის შფოთვა.[5] გარდა ამისა, ქიტოზანს აქვს კათიონური ადგილები და პოლარული ამიდური ჯგუფები.[5] ტენიან პირობებშიც კი, მას შეუძლია მიიზიდოს პოლარული ულტრაწვრილი ნაწილაკები (როგორიცაა SO42- და NO3-).
აქ ჩვენ ვახსენებთ ბიოდეგრადირებადი, მაღალი ეფექტურობის, ტენიანობის საწინააღმდეგო და დაბალი წნევის წვეთოვანი ნიღბის ფილტრს, რომელიც დაფუძნებულია ადვილად ხელმისაწვდომ ბიოდეგრადირებად მასალებზე.ფიზიკური გაცრისა და ელექტროსტატიკური ადსორბციის კომბინაციის გამო, CsW დაფარული მიკრობოჭკოვანი/ნანობოჭკოვანი ინტეგრირებული ფილტრი აქვს PM2.5-ის მოცილების მაღალი ეფექტურობა (98%-მდე), და ამავდროულად, ყველაზე სქელ ფილტრზე წნევის მაქსიმალური ვარდნაა. მხოლოდ ეს არის 59 Pa, შესაფერისია ადამიანის სუნთქვისთვის.N95 კომერციული ფილტრის მიერ გამოვლენილ შესრულების მნიშვნელოვან დეგრადაციასთან შედარებით, ეს ფილტრი ავლენს PM-ის მოცილების ეფექტურობის უმნიშვნელო დაკარგვას (<1%) მაშინაც კი, როდესაც მთლიანად სველია, მუდმივი CsW დამუხტვის გამო.გარდა ამისა, ჩვენი ფილტრები მთლიანად ბიოდეგრადირებადია კომპოსტირებულ ნიადაგში 4 კვირის განმავლობაში.მსგავსი კონცეფციების მქონე სხვა კვლევებთან შედარებით, რომლებშიც ფილტრის ნაწილი შედგება ბიოდეგრადირებადი მასალებისგან, ან აჩვენებს შეზღუდულ შესრულებას პოტენციურ ბიოპოლიმერულ არაქსოვილ აპლიკაციებში, [6] ეს ფილტრი პირდაპირ აჩვენებს მოწინავე ფუნქციების ბიოდეგრადირებას (ფილმი S1, დამხმარე ინფორმაცია).
როგორც Janus-ის მემბრანული ფილტრის კომპონენტი, პირველად მომზადდა ნანობოჭკოვანი და ზეწვრილი ბოჭკოვანი PBS ხალიჩები.ამიტომ, 11% და 12% PBS ხსნარი ელექტროდაწნული იქნა ნანომეტრის და მიკრომეტრიული ბოჭკოების წარმოებისთვის, შესაბამისად, მათი სიბლანტის განსხვავების გამო.[7] ხსნარის მახასიათებლებისა და ოპტიმალური ელექტროსპინინგის პირობების დეტალური ინფორმაცია ჩამოთვლილია ცხრილებში S1 და S2, დამხმარე ინფორმაციაში.იმის გამო, რომ დაწნული ბოჭკო კვლავ შეიცავს ნარჩენ გამხსნელს, დამატებითი წყლის კოაგულაციის აბაზანა ემატება ტიპიურ ელექტროსპინინგის მოწყობილობას, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 2a.გარდა ამისა, წყლის აბაზანას ასევე შეუძლია გამოიყენოს ჩარჩო შედედებული სუფთა PBS ბოჭკოვანი ხალიჩის შესაგროვებლად, რომელიც განსხვავდება მყარი მატრიცისგან ტრადიციულ გარემოში (სურათი 2b).[7] მიკრობოჭკოვანი და ნანობოჭკოვანი ხალიჩების საშუალო ბოჭკოვანი დიამეტრი არის 2.25 და 0.51 μm, შესაბამისად, ხოლო ფორების საშუალო დიამეტრი არის 13.1 და 3.5 μm, შესაბამისად (სურათი 2c, d).ვინაიდან 9:1 ქლოროფორმის/ეთანოლის გამხსნელი სწრაფად აორთქლდება საქშენიდან გამოშვების შემდეგ, სიბლანტის სხვაობა 11 და 12 wt% ხსნარებს შორის სწრაფად იზრდება (სურათი S1, დამხმარე ინფორმაცია).[7] მაშასადამე, კონცენტრაციის განსხვავებამ მხოლოდ 1 wt% შეიძლება გამოიწვიოს ბოჭკოს დიამეტრის მნიშვნელოვანი ცვლილება.
ფილტრის მუშაობის შემოწმებამდე (სურათი S2, დამხმარე ინფორმაცია), სხვადასხვა ფილტრების გონივრულად შედარების მიზნით, დამზადდა სტანდარტული სისქის ელექტრონაქსოვი ქსოვილები, რადგან სისქე არის მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს წნევის განსხვავებაზე და ფილტრაციის ეფექტურობაზე.იმის გამო, რომ ნაქსოვი ქსოვილები რბილი და ფოროვანია, ძნელია პირდაპირ განსაზღვრო ელექტრონაქსოვი ქსოვილის სისქე.ქსოვილის სისქე ზოგადად ზედაპირის სიმკვრივის პროპორციულია (წონა ერთეულ ფართობზე, საბაზისო წონა).ამიტომ, ამ კვლევაში ჩვენ ვიყენებთ საბაზისო წონას (გმ-2), როგორც სისქის ეფექტურ საზომს.[8] სისქე კონტროლდება ელექტროსპინინგის დროის შეცვლით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2e.როდესაც ტრიალების დრო იზრდება 1 წუთიდან 10 წუთამდე, მიკრობოჭკოვანი ხალიჩის სისქე იზრდება შესაბამისად 0.2, 2.0, 5.2 და 9.1 გმ-2-მდე.ანალოგიურად, ნანობოჭკოვანი ხალიჩის სისქე გაიზარდა შესაბამისად 0.2, 1.0, 2.5 და 4.8 გმ-2-მდე.მიკრობოჭკოვანი და ნანობოჭკოვანი ხალიჩები აღინიშნება მათი სისქის მნიშვნელობებით (gm-2), როგორც: M0.2, M2.0, M5.2 და M9.1 და N0.2, N1.0, N2.5 და N4. 8.
ჰაერის წნევის სხვაობა (ΔP) მთელ ნიმუშში არის ფილტრის მუშაობის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი.[9] ფილტრით სუნთქვა მაღალი წნევის ვარდნით მომხმარებლისთვის არასასიამოვნოა.ბუნებრივია, შეინიშნება, რომ წნევის ვარდნა იზრდება ფილტრის სისქის მატებასთან ერთად, როგორც ნაჩვენებია სურათი S3-ზე, რომელიც მხარს უჭერს ინფორმაციას.ნანობოჭკოვანი ხალიჩა (N4.8) აჩვენებს უფრო მაღალი წნევის ვარდნას, ვიდრე მიკრობოჭკოვანი (M5.2) ხალიჩა შედარებით სისქეზე, რადგან ნანობოჭკოვანი ხალიჩას აქვს პატარა ფორები.როდესაც ჰაერი გადის ფილტრში 0,5-დან 13,2 ms-1-მდე სიჩქარით, ორი სხვადასხვა ტიპის ფილტრის წნევის ვარდნა თანდათან იზრდება 101 Pa-დან 102 Pa-მდე. სისქე უნდა იყოს ოპტიმიზირებული, რათა დააბალანსოს წნევის ვარდნა და PM მოცილება. ეფექტურობა;ჰაერის სიჩქარე 1.0 ms-1 არის გონივრული, რადგან ადამიანის პირით სუნთქვის დრო არის დაახლოებით 1.3 ms-1.[10] ამასთან დაკავშირებით M5.2 და N4.8 წნევის ვარდნა მისაღებია 1.0 ms-1 (50 Pa-ზე ნაკლები) ჰაერის სიჩქარით (სურათი S4, დამხმარე ინფორმაცია).გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ N95 და მსგავსი კორეული ფილტრის სტანდარტის (KF94) ნიღბების წნევის ვარდნა, შესაბამისად, 50-დან 70 Pa-მდეა.შემდგომმა CsW დამუშავებამ და მიკრო/ნანო ფილტრის ინტეგრაციამ შეიძლება გაზარდოს ჰაერის წინააღმდეგობა;ამიტომ, წნევის ვარდნის ზღვრის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გავაანალიზეთ N2.5 და M2.0 M5.2 და N4.8 ანალიზამდე.
ჰაერის სამიზნე სიჩქარით 1.0 ms-1, PBS მიკრობოჭკოვანი და ნანობოჭკოვანი ხალიჩების PM1.0, PM2.5 და PM10 მოცილების ეფექტურობა შესწავლილი იყო სტატიკური მუხტის გარეშე (სურათი S5, დამხმარე ინფორმაცია).შეინიშნება, რომ PM-ის მოცილების ეფექტურობა ზოგადად იზრდება სისქის და PM ზომის მატებასთან ერთად.N2.5-ის მოცილების ეფექტურობა უკეთესია ვიდრე M2.0 მისი პატარა ფორების გამო.M2.0-ის მოცილების ეფექტურობა PM1.0, PM2.5 და PM10 იყო შესაბამისად 55.5%, 64.6% და 78.8%, ხოლო N2.5-ის მსგავსი მნიშვნელობები იყო 71.9%, 80.1% და 89.6% (სურათი 2ვ).ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ ყველაზე დიდი განსხვავება ეფექტურობაში M2.0-სა და N2.5-ს შორის არის PM1.0, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მიკრობოჭკოვანი ბადის ფიზიკური გაცრა ეფექტურია მიკრონის დონის PM-სთვის, მაგრამ არაეფექტურია ნანო დონის PM-სთვის (სურათი S6, დამხმარე ინფორმაცია)., M2.0 და N2.5 ორივე აჩვენებს დაბალ PM-ის დაჭერის უნარს 90%-ზე ნაკლები.გარდა ამისა, N2.5 შეიძლება იყოს უფრო მგრძნობიარე მტვრის მიმართ, ვიდრე M2.0, რადგან მტვრის ნაწილაკებს შეუძლიათ ადვილად დაბლოკონ N2.5-ის პატარა ფორები.სტატიკური მუხტის არარსებობის შემთხვევაში, ფიზიკური გაცრა შეზღუდულია მისი უნარით მიაღწიოს საჭირო წნევის ვარდნას და მოხსნის ეფექტურობას ერთდროულად, მათ შორის ურთიერთდამოკიდებულების გამო.
ელექტროსტატიკური ადსორბცია არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მეთოდი PM-ის ეფექტური გზით გადასაღებად.[11] ზოგადად, სტატიკური მუხტი იძულებით ვრცელდება არაქსოვილ ფილტრზე მაღალი ენერგიის ელექტრული ველის მეშვეობით;თუმცა, ეს სტატიკური მუხტი ადვილად იშლება ტენიან პირობებში, რაც იწვევს PM-ის დაჭერის უნარის დაკარგვას.[4] როგორც ბიო-დაფუძნებული მასალა ელექტროსტატიკური ფილტრაციისთვის, ჩვენ შემოვიღეთ 200 ნმ სიგრძისა და 40 ნმ სიგანის CsW;მათი ამონიუმის ჯგუფებისა და პოლარული ამიდური ჯგუფების გამო, ეს ნანო ულვაში შეიცავენ მუდმივ კატიონურ მუხტს.CsW-ის ზედაპირზე არსებული დადებითი მუხტი წარმოდგენილია მისი ზეტა პოტენციალით (ZP);CsW იშლება წყალში pH 4.8 და მათი ZP აღმოჩნდა +49.8 mV (სურათი S7, დამადასტურებელი ინფორმაცია).
CsW დაფარული PBS მიკრობოჭკოები (ChMs) და ნანობოჭკოები (ChNs) მომზადდა მარტივი ჩაღრმავებული საფარით 0.2 wt% CsW წყლის დისპერსიაში, რაც არის შესაბამისი კონცენტრაცია მაქსიმალური რაოდენობის CsWs PBS ბოჭკოების ზედაპირზე დასამაგრებლად, როგორც ნაჩვენებია ფიგურა ნაჩვენებია სურათზე 3a და სურათზე S8-ზე, მხარდამჭერი ინფორმაცია.აზოტის ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიის (EDS) სურათი აჩვენებს, რომ PBS ბოჭკოს ზედაპირი ერთნაირად დაფარულია CsW ნაწილაკებით, რაც ასევე ჩანს სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) სურათზე (სურათი 3b; სურათი S9, დამხმარე ინფორმაცია) .გარდა ამისა, დაფარვის ეს მეთოდი საშუალებას აძლევს დამუხტულ ნანომასალებს წვრილად შეფუთონ ბოჭკოვანი ზედაპირი, რითაც მაქსიმალურად გაზარდოს PM-ის ელექტროსტატიკური მოცილების შესაძლებლობა (სურათი S10, დამხმარე ინფორმაცია).
შესწავლილი იყო ChM-ისა და ChN-ის PM-ის მოცილების ეფექტურობა (სურათი 3c).M2.0 და N2.5 დაფარული იყო CsW-ით, რათა წარმოექმნათ, შესაბამისად, ChM2.0 და ChN2.5.ChM2.0-ის მოცილების ეფექტურობა PM1.0, PM2.5 და PM10 იყო 70.1%, 78.8% და 86.3%, შესაბამისად, ხოლო ChN2.5-ის მსგავსი მნიშვნელობები იყო 77.0%, 87.7% და 94.6% შესაბამისად.CsW საფარი მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს M2.0 და N2.5-ის მოცილების ეფექტურობას და ოდნავ მცირე PM-ზე დაფიქსირებული ეფექტი უფრო მნიშვნელოვანია.კერძოდ, ქიტოზანის ნანოულვაშებმა გაზარდეს M2.0-ის PM0.5 და PM1.0 მოცილების ეფექტურობა შესაბამისად 15% და 13%-ით (სურათი S11, დამხმარე ინფორმაცია).მიუხედავად იმისა, რომ M2.0 ძნელია გამოირიცხოს პატარა PM1.0 მისი შედარებით ფართო ფიბრილის მანძილის გამო (სურათი 2c), ChM2.0 ადსორბირებს PM1.0-ს, რადგან CsWs-ში კათიონები და ამიდები გადიან იონ-იონში, აკავშირებენ პოლუს-იონის ურთიერთქმედებას. და დიპოლ-დიპოლური ურთიერთქმედება მტვერთან.მისი CsW საფარის გამო, ChM2.0 და ChN2.5 PM-ის მოცილების ეფექტურობა ისეთივე მაღალია, როგორც სქელი M5.2 და N4.8 (ცხრილი S3, დამხმარე ინფორმაცია).
საინტერესოა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ PM-ის მოცილების ეფექტურობა მნიშვნელოვნად არის გაუმჯობესებული, CsW საფარი თითქმის არ მოქმედებს წნევის ვარდნაზე.ChM2.0-ისა და ChN2.5-ის წნევის ვარდნა ოდნავ გაიზარდა 15 და 23 Pa-მდე, რაც თითქმის ნახევარი გაიზარდა M5.2-ისა და N4.8-ისთვის (სურათი 3d; ცხრილი S3, დამხმარე ინფორმაცია).ამიტომ, ბიოლოგიურად დაფუძნებული მასალებით დაფარვა არის შესაფერისი მეთოდი ორი ძირითადი ფილტრის შესრულების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად;ანუ PM-ის მოცილების ეფექტურობა და ჰაერის წნევის სხვაობა, რომლებიც ურთიერთგამომრიცხავია.თუმცა, ChM2.0 და ChN2.5 PM1.0 და PM2.5 მოცილების ეფექტურობა ორივე 90%-ზე დაბალია;ცხადია, ეს შესრულება უნდა გაუმჯობესდეს.
ინტეგრირებული ფილტრაციის სისტემა, რომელიც შედგება მრავალი მემბრანისგან, თანდათან ცვალებადი ბოჭკოების დიამეტრითა და ფორების ზომებით, შეუძლია გადაჭრას ზემოთ აღნიშნული პრობლემები [12].ინტეგრირებული ჰაერის ფილტრს აქვს ორი განსხვავებული ნანობოჭკოვანი და ზეწვრილი ბოჭკოვანი ბადეების უპირატესობა.ამასთან დაკავშირებით, ChM და ChN უბრალოდ დაწყობილია ინტეგრირებული ფილტრების წარმოებისთვის (Int-MNs).მაგალითად, Int-MN4.5 მზადდება ChM2.0 და ChN2.5 გამოყენებით და მისი შესრულება შედარებულია ChN4.8 და ChM5.2-თან, რომლებსაც აქვთ მსგავსი არეალური სიმკვრივე (ანუ სისქე).PM-ის მოცილების ეფექტურობის ექსპერიმენტში, Int-MN4.5-ის ულტრაწვრილი ბოჭკოვანი მხარე გამოიკვეთა მტვრიან ოთახში, რადგან ულტრა თხელი ბოჭკოვანი მხარე უფრო მდგრადი იყო ჩაკეტვის მიმართ, ვიდრე ნანობოჭკოვანი მხარე.როგორც ნახაზი 4a-ზეა ნაჩვენები, Int-MN4.5 აჩვენებს PM-ის მოცილების უკეთეს ეფექტურობას და წნევის განსხვავებას, ვიდრე ორი ერთკომპონენტიანი ფილტრი, წნევის ვარდნით 37 Pa, რაც მსგავსია ChM5.2-ის და ბევრად დაბალია ვიდრე ChM5.2 ChN4.8. გარდა ამისა, Int-MN4.5-ის PM1.0 მოცილების ეფექტურობა არის 91% (სურათი 4b).მეორეს მხრივ, ChM5.2-მა არ აჩვენა PM1.0-ის მოცილების ასეთი მაღალი ეფექტურობა, რადგან მისი ფორები უფრო დიდია ვიდრე Int-MN4.5.
გამოქვეყნების დრო: ნოე-03-2021
