कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (KRICT) बायोबेस्ड केमिस्ट्री रिसर्च सेंटर, उल्सान, 44429, कोरिया प्रजासत्ताक
प्रगत साहित्य आणि रासायनिक अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठ (यूएसटी), डेजॉन, 34113 कोरिया प्रजासत्ताक
या लेखाची संपूर्ण मजकूर आवृत्ती तुमच्या मित्र आणि सहकाऱ्यांसोबत शेअर करण्यासाठी खालील लिंक वापरा.अधिक जाणून घ्या.
कोरोनाव्हायरस (साथीचा रोग) महामारी आणि हवेतील पार्टिक्युलेट मॅटर (पीएम) संबंधित समस्यांमुळे मास्कची मागणी झपाट्याने वाढली आहे.तथापि, स्थिर वीज आणि नॅनो चाळणीवर आधारित पारंपारिक मास्क फिल्टर हे सर्व डिस्पोजेबल, विघटन न करता येणारे किंवा पुनर्वापर करण्यायोग्य आहेत, ज्यामुळे गंभीर कचरा समस्या निर्माण होतील.याशिवाय, आर्द्र स्थितीत आधीचे त्याचे कार्य गमावेल, तर नंतरचे हवेच्या दाबात लक्षणीय घट होऊन काम करेल आणि तुलनेने जलद छिद्र बंद होईल.येथे, बायोडिग्रेडेबल, ओलावा-पुरावा, अत्यंत श्वास घेण्यायोग्य, उच्च-कार्यक्षमता फायबर मास्क फिल्टर विकसित केला गेला आहे.थोडक्यात, दोन बायोडिग्रेडेबल अल्ट्राफाईन फायबर आणि नॅनोफायबर मॅट्स जेनस मेम्ब्रेन फिल्टरमध्ये एकत्रित केले जातात आणि नंतर कॅशनली चार्ज केलेल्या चिटोसन नॅनोहिस्कर्ससह लेपित केले जातात.हा फिल्टर व्यावसायिक N95 फिल्टरइतकाच कार्यक्षम आहे आणि 2.5 µm PM पैकी 98.3% काढू शकतो.नॅनोफायबर भौतिकदृष्ट्या सूक्ष्म कणांची स्क्रीनिंग करतात आणि अल्ट्राफाइन फायबर 59 Pa चा कमी दाबाचा फरक प्रदान करतात, जो मानवी श्वासोच्छवासासाठी योग्य आहे.ओलाव्याच्या संपर्कात असताना व्यावसायिक N95 फिल्टरच्या कार्यक्षमतेत तीव्र घट होण्याच्या विरूद्ध, या फिल्टरचे कार्यक्षमतेचे नुकसान नगण्य आहे, म्हणून ते अनेक वेळा वापरले जाऊ शकते कारण चिटोसनचे कायम द्विध्रुव अल्ट्राफाइन पीएम (उदाहरणार्थ, नायट्रोजन) शोषून घेतात.आणि सल्फर ऑक्साईड्स).हे फिल्टर 4 आठवड्यांच्या आत कंपोस्ट केलेल्या मातीमध्ये पूर्णपणे विघटित होणे महत्वाचे आहे.
सध्याच्या अभूतपूर्व कोरोनाव्हायरस साथीच्या आजारामुळे (COVID-19) मास्कची प्रचंड मागणी होत आहे.[१] जागतिक आरोग्य संघटनेचा (WHO) अंदाज आहे की यावर्षी दर महिन्याला ८९ दशलक्ष वैद्यकीय मुखवटे आवश्यक आहेत.[१] केवळ आरोग्यसेवा व्यावसायिकांनाच उच्च-कार्यक्षमतेच्या N95 मास्कची गरज नाही, तर सर्व व्यक्तींसाठी सामान्य हेतूचे मुखवटे देखील या श्वसनसंसर्गजन्य रोगाच्या प्रतिबंधासाठी अपरिहार्य दैनंदिन उपकरणे बनले आहेत.[१] याव्यतिरिक्त, संबंधित मंत्रालये दररोज डिस्पोजेबल मास्क वापरण्याची जोरदार शिफारस करतात, [१] यामुळे मोठ्या प्रमाणात मास्क कचरा संबंधित पर्यावरणीय समस्या निर्माण झाल्या आहेत.
पार्टिक्युलेट मॅटर (पीएम) ही सध्या सर्वात समस्याप्रधान वायू प्रदूषण समस्या असल्याने, मास्क हे व्यक्तींसाठी उपलब्ध सर्वात प्रभावी प्रतिकारक बनले आहेत.PM कणांच्या आकारानुसार (अनुक्रमे 2.5 आणि 10μm) PM2.5 आणि PM10 मध्ये विभागले गेले आहे, जे नैसर्गिक वातावरण [2] आणि मानवी जीवनाच्या गुणवत्तेवर विविध प्रकारे गंभीरपणे परिणाम करते.[२] दरवर्षी, पीएममुळे ४.२ दशलक्ष मृत्यू आणि १०३.१ दशलक्ष अपंगत्व समायोजित आयुष्य वर्ष होते.[२] PM2.5 हा आरोग्यासाठी विशेषतः गंभीर धोका आहे आणि त्याला अधिकृतपणे गट I कार्सिनोजेन म्हणून नियुक्त केले आहे.[२] म्हणून, हवेच्या पारगम्यता आणि PM काढण्याच्या दृष्टीने कार्यक्षम मास्क फिल्टरचे संशोधन आणि विकास करणे वेळेवर आणि महत्त्वाचे आहे.[३]
सामान्यतः, पारंपारिक फायबर फिल्टर दोन वेगवेगळ्या प्रकारे पीएम कॅप्चर करतात: नॅनोफायबर्सवर आधारित भौतिक चाळणीद्वारे आणि मायक्रोफायबरवर आधारित इलेक्ट्रोस्टॅटिक शोषण (आकृती 1a).नॅनोफायबर-आधारित फिल्टर्सचा वापर, विशेषत: इलेक्ट्रोस्पन नॅनोफायबर मॅट्स, पीएम काढून टाकण्यासाठी एक प्रभावी रणनीती असल्याचे सिद्ध झाले आहे, जे विस्तृत सामग्रीची उपलब्धता आणि नियंत्रण करण्यायोग्य उत्पादन संरचनेचा परिणाम आहे.[३] नॅनोफायबर चटई लक्ष्य आकाराचे कण काढून टाकू शकते, जे कण आणि छिद्रांमधील आकाराच्या फरकामुळे होते.[३] तथापि, नॅनो-स्केल तंतूंना अत्यंत लहान छिद्रे तयार करण्यासाठी घनतेने स्टॅक करणे आवश्यक आहे, जे संबंधित उच्च दाबाच्या फरकामुळे आरामदायी मानवी श्वासोच्छवासासाठी हानिकारक आहेत.याव्यतिरिक्त, लहान छिद्र अपरिहार्यपणे तुलनेने त्वरीत अवरोधित केले जातील.
दुसरीकडे, वितळलेली अल्ट्रा-फाईन फायबर चटई उच्च-ऊर्जा विद्युत क्षेत्राद्वारे इलेक्ट्रोस्टॅटिकली चार्ज केली जाते आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक शोषणाद्वारे खूप लहान कण पकडले जातात.[४] प्रातिनिधिक उदाहरण म्हणून, N95 रेस्पिरेटर हे कण-फिल्टरिंग फेस-मास्क रेस्पिरेटर आहे जे नॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ ऑक्युपेशनल सेफ्टी अँड हेल्थच्या गरजा पूर्ण करते कारण ते हवेतील किमान 95% कण फिल्टर करू शकते.या प्रकारचा फिल्टर अल्ट्राफाइन पीएम शोषून घेतो, जो सामान्यतः SO42− आणि NO3− सारख्या अॅनिओनिक पदार्थांनी बनलेला असतो, मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक आकर्षणाद्वारे.तथापि, फायबर चटईच्या पृष्ठभागावरील स्थिर चार्ज आर्द्र वातावरणात सहजपणे नष्ट होतो, जसे की दमट मानवी श्वासोच्छवासात आढळते, [४] परिणामी शोषण क्षमता कमी होते.
फिल्टरेशन कार्यप्रदर्शन आणखी सुधारण्यासाठी किंवा काढून टाकण्याची कार्यक्षमता आणि दाब कमी यांच्यातील ट्रेड-ऑफचे निराकरण करण्यासाठी, नॅनोफायबर्स आणि मायक्रोफायबर्सवर आधारित फिल्टर्स कार्बन मटेरियल, मेटल ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क आणि PTFE नॅनोपार्टिकल्स सारख्या उच्च-k सामग्रीसह एकत्र केले जातात.[४] तथापि, या पदार्थांची अनिश्चित जैविक विषाक्तता आणि चार्ज नष्ट होणे या अजूनही अपरिहार्य समस्या आहेत.[४] विशेषतः, हे दोन प्रकारचे पारंपारिक फिल्टर सामान्यत: विघटनशील नसतात, म्हणून ते शेवटी लँडफिल्समध्ये पुरले जातात किंवा वापरल्यानंतर जाळले जातात.त्यामुळे, या कचऱ्याच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी सुधारित मास्क फिल्टर विकसित करणे आणि त्याच वेळी समाधानकारक आणि शक्तिशाली पद्धतीने पीएम कॅप्चर करणे ही सध्याची महत्त्वाची गरज आहे.
वरील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, आम्ही पॉली(ब्युटीलीन सक्सीनेट)-आधारित (पीबीएस-आधारित)[५] मायक्रोफायबर आणि नॅनोफायबर मॅट्ससह एकत्रित केलेले जॅनस मेम्ब्रेन फिल्टर तयार केले आहे.जॅनस मेम्ब्रेन फिल्टर चिटोसन नॅनो व्हिस्कर्स (CsWs) [५] (आकृती 1b) सह लेपित आहे.आपल्या सर्वांना माहीत आहे की, PBS एक प्रातिनिधिक बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर आहे, जो इलेक्ट्रोस्पिनिंगद्वारे अल्ट्राफाइन फायबर आणि नॅनोफायबर नॉनव्हेन्स तयार करू शकतो.नॅनो-स्केल फायबर पीएमला फिजिकल ट्रॅप करतात, तर मायक्रो-स्केल नॅनो-फायबर्स प्रेशर ड्रॉप कमी करतात आणि CsW फ्रेमवर्क म्हणून काम करतात.चिटोसन ही एक जैव-आधारित सामग्री आहे ज्यामध्ये जैव सुसंगतता, बायोडिग्रेडेबिलिटी आणि तुलनेने कमी विषाक्तता यासह चांगले जैविक गुणधर्म असल्याचे सिद्ध झाले आहे, जे वापरकर्त्यांच्या अपघाती इनहेलेशनशी संबंधित चिंता कमी करू शकते.[५] या व्यतिरिक्त, चिटोसनमध्ये कॅशनिक साइट्स आणि ध्रुवीय अमाइड गट आहेत.[५] दमट परिस्थितीतही ते ध्रुवीय अतिसूक्ष्म कण (जसे की SO42- आणि NO3-) आकर्षित करू शकतात.
येथे, आम्ही सहज उपलब्ध बायोडिग्रेडेबल सामग्रीवर आधारित जैवविघटनशील, उच्च-कार्यक्षमता, ओलावा-पुरावा आणि कमी-दाब ड्रॉप मास्क फिल्टरचा अहवाल देतो.भौतिक चाळणी आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक शोषणाच्या संयोजनामुळे, CsW-कोटेड मायक्रोफायबर/नॅनोफायबर एकात्मिक फिल्टरमध्ये उच्च PM2.5 काढण्याची कार्यक्षमता (98% पर्यंत) असते आणि त्याच वेळी, सर्वात जाड फिल्टरवर जास्तीत जास्त दाब कमी होतो. फक्त ते 59 Pa आहे, मानवी श्वासोच्छवासासाठी योग्य आहे.N95 व्यावसायिक फिल्टरद्वारे प्रदर्शित केलेल्या महत्त्वपूर्ण कामगिरीच्या ऱ्हासाच्या तुलनेत, हे फिल्टर कायमस्वरूपी CsW शुल्कामुळे पूर्णपणे ओले असतानाही PM काढण्याच्या कार्यक्षमतेचे (<1%) नगण्य नुकसान प्रदर्शित करते.याव्यतिरिक्त, आमचे फिल्टर 4 आठवड्यांच्या आत कंपोस्ट केलेल्या मातीमध्ये पूर्णपणे बायोडिग्रेडेबल आहेत.तत्सम संकल्पनांसह इतर अभ्यासांच्या तुलनेत, ज्यामध्ये फिल्टरचा भाग बायोडिग्रेडेबल सामग्रीचा बनलेला आहे, किंवा संभाव्य बायोपॉलिमर नॉनविण ऍप्लिकेशन्समध्ये मर्यादित कार्यप्रदर्शन दर्शवितो, [६] हे फिल्टर थेट प्रगत वैशिष्ट्यांची बायोडिग्रेडेबिलिटी दर्शवते (चित्रपट S1, समर्थन माहिती).
जॅनस मेम्ब्रेन फिल्टरचा एक घटक म्हणून, नॅनोफायबर आणि सुपरफाईन फायबर पीबीएस मॅट्स प्रथम तयार केले गेले.त्यामुळे, 11% आणि 12% PBS सोल्यूशन्स नॅनोमीटर आणि मायक्रोमीटर तंतू तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रोस्पन होते, त्यांच्या स्निग्धतेतील फरकामुळे.[७] सोल्यूशनची वैशिष्ट्ये आणि इष्टतम इलेक्ट्रोस्पिनिंग परिस्थितीची तपशीलवार माहिती सपोर्टिंग माहितीमध्ये टेबल्स S1 आणि S2 मध्ये सूचीबद्ध केली आहे.कातलेल्या फायबरमध्ये अजूनही अवशिष्ट सॉल्व्हेंट असल्याने, आकृती 2a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, ठराविक इलेक्ट्रोस्पिनिंग उपकरणामध्ये अतिरिक्त वॉटर कोग्युलेशन बाथ जोडले जाते.याशिवाय, वॉटर बाथमध्ये कोग्युलेटेड शुद्ध पीबीएस फायबर चटई गोळा करण्यासाठी फ्रेमचा वापर देखील केला जाऊ शकतो, जो पारंपारिक सेटिंगमधील सॉलिड मॅट्रिक्सपेक्षा वेगळा आहे (आकृती 2b).[७] मायक्रोफायबर आणि नॅनोफायबर मॅट्सचे सरासरी फायबर व्यास अनुक्रमे 2.25 आणि 0.51 µm आहेत, आणि सरासरी छिद्र व्यास अनुक्रमे 13.1 आणि 3.5 µm आहेत (आकृती 2c, d).नोजलमधून बाहेर पडल्यानंतर 9:1 क्लोरोफॉर्म/इथेनॉल सॉल्व्हेंट त्वरीत बाष्पीभवन होत असल्याने, 11 आणि 12 wt% द्रावणांमधील स्निग्धता फरक वेगाने वाढतो (आकृती S1, समर्थन माहिती).[७] म्हणून, केवळ १ wt% च्या एकाग्रता फरकामुळे फायबर व्यासामध्ये लक्षणीय बदल होऊ शकतो.
फिल्टर कार्यप्रदर्शन तपासण्यापूर्वी (आकृती S2, सहाय्यक माहिती), विविध फिल्टरची वाजवी तुलना करण्यासाठी, मानक जाडीचे इलेक्ट्रोस्पन नॉनव्हेन्स तयार केले गेले, कारण जाडी हा एक महत्त्वाचा घटक आहे जो फिल्टर कार्यक्षमतेच्या दाब फरक आणि फिल्टरेशन कार्यक्षमतेवर परिणाम करतो.नॉनव्हेन्स मऊ आणि सच्छिद्र असल्याने, इलेक्ट्रोस्पन नॉनव्हेन्सची जाडी थेट निर्धारित करणे कठीण आहे.फॅब्रिकची जाडी साधारणपणे पृष्ठभागाच्या घनतेच्या प्रमाणात असते (वजन प्रति युनिट क्षेत्र, आधार वजन).म्हणून, या अभ्यासात, आम्ही जाडीचे प्रभावी माप म्हणून आधार वजन (gm-2) वापरतो.[८] आकृती 2e मध्ये दाखवल्याप्रमाणे इलेक्ट्रोस्पिनिंग वेळ बदलून जाडी नियंत्रित केली जाते.कताईचा वेळ 1 मिनिटावरून 10 मिनिटांपर्यंत वाढल्याने, मायक्रोफायबर मॅटची जाडी अनुक्रमे 0.2, 2.0, 5.2 आणि 9.1 gm-2 पर्यंत वाढते.त्याच प्रकारे, नॅनोफायबर चटईची जाडी अनुक्रमे 0.2, 1.0, 2.5 आणि 4.8 gm-2 अशी वाढवण्यात आली.मायक्रोफायबर आणि नॅनोफायबर मॅट्स त्यांच्या जाडीच्या मूल्यांनुसार (gm-2) म्हणून नियुक्त केले जातात: M0.2, M2.0, M5.2 आणि M9.1, आणि N0.2, N1.0, N2.5 आणि N4. 8.
संपूर्ण नमुन्यातील हवेच्या दाबातील फरक (ΔP) हे फिल्टर कार्यक्षमतेचे महत्त्वाचे सूचक आहे.[९] उच्च दाब कमी असलेल्या फिल्टरमधून श्वास घेणे वापरकर्त्यासाठी अस्वस्थ आहे.साहजिकच, हे लक्षात येते की फिल्टरची जाडी जसजशी वाढते तसतसे दाब कमी होते, आकृती S3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, समर्थन माहिती.नॅनोफायबर मॅट (N4.8) मायक्रोफायबर (M5.2) चटईपेक्षा तुलनात्मक जाडीवर जास्त दाब कमी दर्शवते कारण नॅनोफायबर मॅटमध्ये लहान छिद्र असतात.फिल्टरमधून हवा 0.5 आणि 13.2 ms-1 च्या वेगाने जात असताना, दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या फिल्टर्सचा दबाव ड्रॉप हळूहळू 101 Pa ते 102 Pa पर्यंत वाढतो. दाब ड्रॉप आणि PM काढणे संतुलित करण्यासाठी जाडी ऑप्टिमाइझ केली पाहिजे कार्यक्षमता;1.0 ms-1 चा हवेचा वेग वाजवी आहे कारण मानवाला तोंडातून श्वास घेण्यास लागणारा वेळ सुमारे 1.3 ms-1 आहे.[१०] या संदर्भात, M5.2 आणि N4.8 चा दाब 1.0 ms-1 (50 Pa पेक्षा कमी) च्या हवेच्या वेगात स्वीकार्य आहे (आकृती S4, समर्थन माहिती).कृपया लक्षात घ्या की N95 आणि तत्सम कोरियन फिल्टर स्टँडर्ड (KF94) मास्कचा प्रेशर ड्रॉप अनुक्रमे 50 ते 70 Pa आहे.पुढील CsW प्रक्रिया आणि सूक्ष्म/नॅनो फिल्टर एकत्रीकरणामुळे हवेचा प्रतिकार वाढू शकतो;म्हणून, दबाव ड्रॉप मार्जिन प्रदान करण्यासाठी, आम्ही M5.2 आणि N4.8 चे विश्लेषण करण्यापूर्वी N2.5 आणि M2.0 चे विश्लेषण केले.
1.0 ms-1 च्या लक्ष्यित हवेच्या वेगावर, PBS मायक्रोफायबर आणि नॅनोफायबर मॅट्सच्या PM1.0, PM2.5 आणि PM10 च्या काढण्याची कार्यक्षमता स्थिर शुल्काशिवाय अभ्यासली गेली (आकृती S5, समर्थन माहिती).हे लक्षात येते की PM काढण्याची कार्यक्षमता सामान्यतः जाडी आणि PM आकारात वाढ होते.लहान छिद्रांमुळे N2.5 ची काढण्याची कार्यक्षमता M2.0 पेक्षा चांगली आहे.PM1.0, PM2.5 आणि PM10 साठी M2.0 ची काढण्याची कार्यक्षमता अनुक्रमे 55.5%, 64.6% आणि 78.8% होती, तर N2.5 ची समान मूल्ये 71.9%, 80.1% आणि 89.6% होती (आकृती 2f).आमच्या लक्षात आले आहे की M2.0 आणि N2.5 मधील कार्यक्षमतेतील सर्वात मोठा फरक PM1.0 आहे, जे सूचित करते की मायक्रोफायबर जाळीचे भौतिक चाळणे मायक्रॉन-स्तरीय पीएमसाठी प्रभावी आहे, परंतु नॅनो-लेव्हल पीएमसाठी प्रभावी नाही (आकृती S6, सहाय्यक माहिती)., M2.0 आणि N2.5 दोन्ही 90% पेक्षा कमी पीएम कॅप्चर क्षमता दर्शवतात.याव्यतिरिक्त, M2.0 पेक्षा N2.5 धुळीसाठी अधिक संवेदनशील असू शकते, कारण धुळीचे कण N2.5 च्या लहान छिद्रांना सहजपणे अवरोधित करू शकतात.स्टॅटिक चार्जच्या अनुपस्थितीत, भौतिक चाळणी ही त्यांच्यातील व्यापार-बंद संबंधांमुळे एकाच वेळी आवश्यक दबाव ड्रॉप आणि काढून टाकण्याची कार्यक्षमता प्राप्त करण्याच्या क्षमतेमध्ये मर्यादित आहे.
इलेक्ट्रोस्टॅटिक शोषण ही पीएम कार्यक्षमतेने कॅप्चर करण्यासाठी सर्वाधिक वापरली जाणारी पद्धत आहे.[११] सामान्यतः, उच्च-ऊर्जा विद्युत क्षेत्राद्वारे न विणलेल्या फिल्टरवर स्थिर शुल्क जबरदस्तीने लागू केले जाते;तथापि, हे स्थिर शुल्क दमट परिस्थितीत सहजपणे नष्ट होते, परिणामी पीएम कॅप्चर क्षमता नष्ट होते.[४] इलेक्ट्रोस्टॅटिक फिल्टरेशनसाठी जैव-आधारित सामग्री म्हणून, आम्ही 200 nm लांब आणि 40 nm रुंद CsW सादर केले;त्यांच्या अमोनियम गट आणि ध्रुवीय अमाइड गटांमुळे, या नॅनोविस्कर्समध्ये कायमस्वरूपी कॅशनिक शुल्क असते.CsW च्या पृष्ठभागावरील उपलब्ध धनभार त्याच्या झेटा पोटेंशिअल (ZP) द्वारे दर्शविला जातो;CsW 4.8 च्या pH सह पाण्यात विखुरलेले आहे, आणि त्यांचे ZP +49.8 mV (आकृती S7, समर्थन माहिती) असल्याचे आढळले आहे.
CsW-coated PBS microfibers (ChMs) आणि nanofibers (ChNs) साध्या डिप कोटिंगद्वारे 0.2 wt% CsW वॉटर डिस्पर्शनमध्ये तयार केले गेले होते, जे PBS तंतूंच्या पृष्ठभागावर CsW ची कमाल मात्रा जोडण्यासाठी योग्य एकाग्रता आहे, जसे मध्ये दाखवले आहे. आकृती 3a आणि आकृती S8 मध्ये दर्शविलेली आकृती, माहितीचे समर्थन करते.नायट्रोजन एनर्जी डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) इमेज दाखवते की PBS फायबरचा पृष्ठभाग CsW कणांसह एकसमान लेपित आहे, जो स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (SEM) इमेजमध्ये देखील स्पष्ट आहे (आकृती 3b; आकृती S9, सहाय्यक माहिती) .याव्यतिरिक्त, ही कोटिंग पद्धत चार्ज केलेल्या नॅनोमटेरियल्सला फायबर पृष्ठभाग बारीक गुंडाळण्यास सक्षम करते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोस्टॅटिक पीएम काढण्याची क्षमता वाढवते (आकृती S10, समर्थन माहिती).
ChM आणि ChN च्या PM काढण्याच्या कार्यक्षमतेचा अभ्यास केला गेला (आकृती 3c).अनुक्रमे ChM2.0 आणि ChN2.5 तयार करण्यासाठी M2.0 आणि N2.5 CsW सह लेपित होते.PM1.0, PM2.5 आणि PM10 साठी ChM2.0 ची काढण्याची कार्यक्षमता अनुक्रमे 70.1%, 78.8% आणि 86.3% होती, तर ChN2.5 ची समान मूल्ये अनुक्रमे 77.0%, 87.7% आणि 94.6% होती.CsW कोटिंग M2.0 आणि N2.5 ची काढण्याची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते आणि थोड्याशा लहान PM साठी दिसून आलेला प्रभाव अधिक लक्षणीय आहे.विशेषतः, chitosan nanowhiskers ने M2.0′s PM0.5 आणि PM1.0 ची काढण्याची कार्यक्षमता अनुक्रमे 15% आणि 13% ने वाढवली (आकृती S11, सहाय्यक माहिती).M2.0 ला त्याच्या तुलनेने विस्तृत फायब्रिल अंतरामुळे (आकृती 2c) लहान PM1.0 वगळणे कठीण असले तरी, ChM2.0 PM1.0 शोषून घेते कारण CsWs मधील केशन्स आणि एमाइड्स आयन-आयनमधून जातात, ध्रुव-आयन परस्परसंवाद जोडतात. , आणि धूळ सह द्विध्रुव-द्विध्रुव संवाद.त्याच्या CsW कोटिंगमुळे, ChM2.0 आणि ChN2.5 ची PM काढण्याची कार्यक्षमता जाड M5.2 आणि N4.8 (टेबल S3, सपोर्टिंग माहिती) इतकी जास्त आहे.
विशेष म्हणजे, PM काढण्याची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारली असली तरी, CsW कोटिंगचा दाब कमी होण्यावर फारसा प्रभाव पडत नाही.ChM2.0 आणि ChN2.5 चा दाब कमी होऊन 15 आणि 23 Pa पर्यंत किंचित वाढ झाली, M5.2 आणि N4.8 (आकृती 3d; सारणी S3, समर्थन माहिती) साठी जवळपास निम्मी वाढ दिसून आली.म्हणून, दोन मूलभूत फिल्टरच्या कार्यक्षमतेच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी जैव-आधारित सामग्रीसह कोटिंग ही एक योग्य पद्धत आहे;म्हणजेच, PM काढण्याची कार्यक्षमता आणि हवेच्या दाबातील फरक, जे परस्पर अनन्य आहेत.तथापि, ChM2.0 आणि ChN2.5 ची PM1.0 आणि PM2.5 काढण्याची कार्यक्षमता 90% पेक्षा कमी आहे;अर्थात, ही कामगिरी सुधारणे आवश्यक आहे.
हळूहळू बदलणारे फायबर व्यास आणि छिद्रांच्या आकारासह अनेक पडद्यांनी बनलेली एकात्मिक गाळण्याची प्रक्रिया प्रणाली वरील समस्या सोडवू शकते [१२].एकात्मिक एअर फिल्टरमध्ये दोन भिन्न नॅनोफायबर्स आणि सुपरफाईन फायबर नेटचे फायदे आहेत.या संदर्भात, एकात्मिक फिल्टर (इंट-एमएन) तयार करण्यासाठी ChM आणि ChN फक्त स्टॅक केलेले आहेत.उदाहरणार्थ, Int-MN4.5 ChM2.0 आणि ChN2.5 वापरून तयार केले आहे, आणि त्याची कार्यक्षमता ChN4.8 आणि ChM5.2 शी तुलना केली आहे ज्यांची क्षेत्रीय घनता समान आहे (म्हणजे जाडी).PM काढण्याच्या कार्यक्षमतेच्या प्रयोगात, Int-MN4.5 ची अल्ट्राफाईन फायबर बाजू धुळीच्या खोलीत उघडकीस आली कारण अल्ट्राफाईन फायबर बाजू नॅनोफायबर बाजूपेक्षा जास्त क्लोजिंगला प्रतिरोधक होती.आकृती 4a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, Int-MN4.5 दोन सिंगल-कॉम्पोनंट फिल्टरपेक्षा अधिक चांगली PM काढण्याची कार्यक्षमता आणि दाब फरक दर्शविते, 37 Pa च्या दबाव ड्रॉपसह, जे ChM5.2 सारखे आहे आणि ChM5.2 ChN4 पेक्षा खूपच कमी आहे.8. याव्यतिरिक्त, Int-MN4.5 ची PM1.0 काढण्याची कार्यक्षमता 91% आहे (आकृती 4b).दुसरीकडे, ChM5.2 ने एवढी उच्च PM1.0 काढण्याची कार्यक्षमता दाखवली नाही कारण त्याचे छिद्र Int-MN4.5 पेक्षा मोठे आहेत.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-०३-२०२१
