कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
कोरिया इन्स्टिच्युट अफ केमिकल टेक्नोलोजी (KRICT) जैव आधारित रसायन अनुसन्धान केन्द्र, उल्सान, 44429, कोरिया गणतन्त्र
उन्नत सामग्री र केमिकल इन्जिनियरिङ, विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (यूएसटी), डेजियोन, 34113 कोरिया गणतन्त्र
यस लेखको पूर्ण पाठ संस्करण आफ्ना साथीहरू र सहकर्मीहरूसँग साझेदारी गर्न तलको लिङ्क प्रयोग गर्नुहोस्।अझै सिक।
कोरोना भाइरसको महामारी र हावामा रहेको पार्टिकुलेट म्याटर (पीएम) सम्बन्धी समस्याका कारण मास्कको माग ह्वात्तै बढेको छ ।यद्यपि, स्थिर बिजुली र न्यानो सिभमा आधारित परम्परागत मास्क फिल्टरहरू सबै डिस्पोजेबल, गैर-डिग्रेडेबल वा पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने छन्, जसले गम्भीर फोहोर समस्याहरू निम्त्याउँछ।थप रूपमा, पहिलेको आर्द्र अवस्थाहरूमा यसको कार्य गुमाउनेछ, जबकि पछिल्लोले महत्त्वपूर्ण हावाको चाप ड्रपको साथ काम गर्नेछ र अपेक्षाकृत छिटो छिद्र क्लोजिंग हुनेछ।यहाँ, एक बायोडिग्रेडेबल, नमी-प्रूफ, उच्च सास फेर्ने, उच्च प्रदर्शन फाइबर मास्क फिल्टर विकसित गरिएको छ।छोटकरीमा, दुई बायोडिग्रेडेबल अल्ट्राफाइब फाइबर र नानोफाइबर म्याटहरू जेनुस झिल्ली फिल्टरमा एकीकृत हुन्छन्, र त्यसपछि क्याशनिकली चार्ज गरिएको चिटोसन नानोहिस्कर्ससँग लेपित हुन्छन्।यो फिल्टर व्यावसायिक N95 फिल्टर जत्तिकै कुशल छ र 2.5 µm PM को 98.3% हटाउन सक्छ।नानोफाइबरहरूले भौतिक रूपमा सूक्ष्म कणहरू स्क्रिन गर्दछ, र अल्ट्राफाइन फाइबरले 59 Pa को कम दबाव भिन्नता प्रदान गर्दछ, जुन मानव सास फेर्न उपयुक्त छ।व्यावसायिक N95 फिल्टरहरूको प्रदर्शनमा तीव्र गिरावटको विपरीत जब नमीको सम्पर्कमा हुन्छ, यो फिल्टरको प्रदर्शन हानि नगण्य छ, त्यसैले यसलाई धेरै पटक प्रयोग गर्न सकिन्छ किनभने chitosan को स्थायी द्विध्रुवले अल्ट्राफाइन पीएम (उदाहरणका लागि, नाइट्रोजन) शोषण गर्दछ।र सल्फर अक्साइडहरू)।यो महत्त्वपूर्ण छ कि यो फिल्टर कम्पोस्ट गरिएको माटोमा 4 हप्ता भित्र पूर्ण रूपमा विघटित हुन्छ।
हालको अभूतपूर्व कोरोनाभाइरस महामारी (COVID-19) मास्कको लागि ठूलो माग ड्राइभ गरिरहेको छ।[१] विश्व स्वास्थ्य संगठन (WHO) ले यस वर्ष हरेक महिना ८९ मिलियन मेडिकल मास्क आवश्यक पर्ने अनुमान गरेको छ।[१] स्वास्थ्यकर्मीहरूलाई मात्र उच्च दक्षता N95 मास्क चाहिन्छ, तर सबै व्यक्तिहरूको लागि सामान्य-उद्देश्य मास्क पनि यस श्वासप्रश्वासको संक्रामक रोगको रोकथामको लागि अपरिहार्य दैनिक उपकरण बनेको छ।[१] थप रूपमा, सम्बन्धित मन्त्रालयहरूले प्रत्येक दिन डिस्पोजेबल मास्कको प्रयोग गर्न कडा सिफारिश गर्दछ, [१] यसले ठूलो मात्रामा मास्कको फोहोरसँग सम्बन्धित वातावरणीय समस्याहरू निम्त्याएको छ।
कण पदार्थ (PM) हाल सबैभन्दा समस्याग्रस्त वायु प्रदूषण समस्या भएकोले, मास्क व्यक्तिहरूको लागि उपलब्ध सबैभन्दा प्रभावकारी प्रतिरोधी उपाय भएको छ।PM लाई कण आकार (क्रमशः 2.5 र 10μm) अनुसार PM2.5 र PM10 मा विभाजन गरिएको छ, जसले प्राकृतिक वातावरण [2] र मानव जीवनको गुणस्तरलाई विभिन्न तरिकाले गम्भीर रूपमा असर गर्छ।[२] प्रत्येक वर्ष, PM ले ४.२ मिलियन मृत्यु र १०३.१ मिलियन अशक्तता समायोजित जीवन वर्ष निम्त्याउँछ।[२] PM2.5 ले स्वास्थ्यको लागि विशेष गरी गम्भीर खतरा निम्त्याउँछ र आधिकारिक रूपमा समूह I कार्सिनोजेनको रूपमा तोकिएको छ।[२] तसर्थ, हावा पारगम्यता र PM हटाउने सन्दर्भमा एक कुशल मास्क फिल्टर अनुसन्धान र विकास गर्न यो समय सापेक्ष र महत्त्वपूर्ण छ।[३]
सामान्यतया भन्नुपर्दा, परम्परागत फाइबर फिल्टरहरूले दुई फरक तरिकामा PM कैद गर्छन्: नानोफाइबरहरूमा आधारित भौतिक सिभिङ र माइक्रोफाइबरहरूमा आधारित इलेक्ट्रोस्ट्याटिक सोखना (चित्र 1a)।नानोफाइबर-आधारित फिल्टरहरूको प्रयोग, विशेष गरी इलेक्ट्रोस्पन नानोफाइबर म्याटहरू, PM हटाउनको लागि प्रभावकारी रणनीति साबित भएको छ, जुन व्यापक सामग्री उपलब्धता र नियन्त्रण योग्य उत्पादन संरचनाको परिणाम हो।[३] नानोफाइबर चटाईले लक्ष्य आकारका कणहरू हटाउन सक्छ, जुन कणहरू र छिद्रहरू बीचको आकार भिन्नताको कारणले हुन्छ।[३] जे होस्, नानो-स्केल फाइबरहरू अत्यन्त साना प्वालहरू बनाउनको लागि घना स्ट्याक गर्न आवश्यक छ, जुन सम्बन्धित उच्च दबाव भिन्नताका कारण आरामदायी मानव सास फेर्न हानिकारक हुन्छ।थप रूपमा, साना प्वालहरू अनिवार्य रूपमा अपेक्षाकृत चाँडै अवरुद्ध हुनेछन्।
अर्कोतर्फ, पग्लिएको अल्ट्रा-फाइन फाइबर चटाई उच्च-ऊर्जा बिजुली क्षेत्रद्वारा इलेक्ट्रोस्ट्याटिक रूपमा चार्ज गरिएको छ, र धेरै साना कणहरू इलेक्ट्रोस्टेटिक सोखनाद्वारा कब्जा गरिन्छ।[४] प्रतिनिधि उदाहरणको रूपमा, N95 रेस्पिरेटर एक कण-फिल्टरिंग फेस-मास्क रेस्पिरेटर हो जसले व्यावसायिक सुरक्षा र स्वास्थ्यको राष्ट्रिय संस्थानको आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ किनभने यसले कम्तिमा 95% वायुजन्य कणहरू फिल्टर गर्न सक्छ।यस प्रकारको फिल्टरले अल्ट्राफाइन पीएमलाई अवशोषित गर्दछ, जुन सामान्यतया एनियोनिक पदार्थहरू जस्तै SO42− र NO3−, बलियो इलेक्ट्रोस्टेटिक आकर्षण मार्फत बनेको हुन्छ।यद्यपि, फाइबर म्याटको सतहमा स्थिर चार्ज सजिलै आर्द्र वातावरणमा फैलिन्छ, जस्तै आर्द्र मानव श्वासप्रश्वासमा पाइन्छ, [४] जसको परिणामस्वरूप सोस्ने क्षमतामा कमी आउँछ।
निस्पंदन कार्यसम्पादनमा थप सुधार गर्न वा हटाउने दक्षता र दबाव ड्रप बीचको ट्रेड-अफ समाधान गर्न, नानोफाइबर र माइक्रोफाइबरहरूमा आधारित फिल्टरहरूलाई कार्बन सामग्री, धातु जैविक फ्रेमवर्कहरू, र PTFE नानोकणहरू जस्ता उच्च-के सामग्रीहरूसँग जोडिन्छ।[४] यद्यपि, अनिश्चित जैविक विषाक्तता र यी additives को चार्ज अपव्यय अझै पनि अपरिहार्य समस्याहरू छन्।[४] विशेष गरी, यी दुई प्रकारका परम्परागत फिल्टरहरू सामान्यतया गैर-डिग्रेडेबल हुन्छन्, त्यसैले तिनीहरू अन्ततः ल्यान्डफिलहरूमा गाडिन्छन् वा प्रयोग पछि जलाइन्छ।तसर्थ, यी फोहोर समस्याहरू समाधान गर्न सुधारिएको मास्क फिल्टरहरूको विकास र एकै समयमा PM लाई सन्तोषजनक र शक्तिशाली तरिकाले खिच्नु अहिलेको महत्त्वपूर्ण आवश्यकता हो।
माथिका समस्याहरू समाधान गर्नको लागि, हामीले पोली (ब्यूटिलीन ससिनेट)-आधारित (पीबीएस-आधारित) [५] माइक्रोफाइबर र नानोफाइबर म्याटसँग एकीकृत जेनस मेम्ब्रेन फिल्टर निर्माण गरेका छौं।जानस झिल्ली फिल्टर chitosan नैनो व्हिस्कर्स (CsWs) [5] (चित्र 1b) संग लेपित छ।हामी सबैलाई थाहा छ, PBS एक प्रतिनिधि बायोडिग्रेडेबल पोलिमर हो, जसले इलेक्ट्रोस्पिनिङ मार्फत अल्ट्राफाइन फाइबर र नानोफाइबर ननबुना उत्पादन गर्न सक्छ।नानो-स्केल फाइबरहरूले पीएमलाई भौतिक रूपमा ट्र्याप गर्छन्, जबकि माइक्रो-स्केल नानो-फाइबरहरूले दबाब घटाउँछ र CsW फ्रेमवर्कको रूपमा कार्य गर्दछ।Chitosan एक जैव-आधारित सामग्री हो जसमा जैवकम्प्याटिबिलिटी, बायोडिग्रेडेबिलिटी र अपेक्षाकृत कम विषाक्तता सहित राम्रो जैविक गुणहरू भएको प्रमाणित भएको छ, [५] जसले प्रयोगकर्ताहरूको आकस्मिक श्वासप्रश्वाससँग सम्बन्धित चिन्ता कम गर्न सक्छ।[५] थप रूपमा, चिटोसनमा क्याटनिक साइटहरू र ध्रुवीय एमाइड समूहहरू छन्।[५] आर्द्र अवस्थाहरूमा पनि, यसले ध्रुवीय अल्ट्राफाइन कणहरू (जस्तै SO42- र NO3-) आकर्षित गर्न सक्छ।
यहाँ, हामी सजिलै उपलब्ध बायोडिग्रेडेबल सामग्रीहरूमा आधारित बायोडिग्रेडेबल, उच्च-दक्षता, नमी-प्रूफ र कम-दबाव ड्रप मास्क फिल्टर रिपोर्ट गर्छौं।फिजिकल सिभिङ र इलेक्ट्रोस्टेटिक शोषणको संयोजनको कारण, CsW-लेपित माइक्रोफाइबर/नानोफाइबर इन्टिग्रेटेड फिल्टरको उच्च PM2.5 हटाउने दक्षता हुन्छ (98% सम्म), र एकै समयमा, सबैभन्दा मोटो फिल्टरमा अधिकतम दबाब घट्छ। केवल यो 59 Pa हो, मानव सास फेर्न उपयुक्त।N95 कमर्शियल फिल्टरद्वारा प्रदर्शन गरिएको महत्त्वपूर्ण प्रदर्शन गिरावटको तुलनामा, यो फिल्टरले स्थायी CsW चार्जको कारणले पूर्ण रूपमा भिजेको बेलामा पनि PM हटाउने दक्षता (<1%) को नगण्य क्षति देखाउँछ।थप रूपमा, हाम्रा फिल्टरहरू कम्पोस्ट गरिएको माटोमा 4 हप्ता भित्रमा पूर्ण रूपमा बायोडिग्रेडेबल हुन्छन्।समान अवधारणाहरू भएका अन्य अध्ययनहरूसँग तुलना गर्दा, जसमा फिल्टर भाग बायोडिग्रेडेबल सामग्रीहरूबाट बनेको हुन्छ, वा सम्भावित बायोपोलिमर नबुना अनुप्रयोगहरूमा सीमित प्रदर्शन देखाउँदछ, [६] यो फिल्टरले सीधा उन्नत सुविधाहरूको बायोडिग्रेडेबिलिटी देखाउँदछ (चलचित्र S1, समर्थन जानकारी)।
जानस झिल्ली फिल्टर को एक घटक को रूप मा, nanofiber र सुपरफाईन फाइबर PBS मैट पहिले तयार गरियो।त्यसकारण, 11% र 12% PBS समाधानहरू क्रमशः न्यानोमिटर र माइक्रोमिटर फाइबरहरू उत्पादन गर्न इलेक्ट्रोस्पन थिए, तिनीहरूको चिपचिपापनमा भिन्नताको कारण।[७] समाधानका विशेषताहरू र इष्टतम इलेक्ट्रोस्पिनिङ अवस्थाहरूको विस्तृत जानकारी समर्थन जानकारीमा तालिका S1 र S2 मा सूचीबद्ध गरिएको छ।यस-स्पन फाइबरले अझै पनि अवशिष्ट विलायक समावेश गरेको हुनाले, चित्र 2a मा देखाइए अनुसार, एक विशिष्ट इलेक्ट्रोस्पिनिङ उपकरणमा अतिरिक्त पानी जम्ने बाथ थपिएको छ।थप रूपमा, पानीको नुहाउने ठाउँले जमेको शुद्ध PBS फाइबर चटाई सङ्कलन गर्न फ्रेम प्रयोग गर्न सक्छ, जुन परम्परागत सेटिङमा ठोस म्याट्रिक्स भन्दा फरक छ (चित्र 2b)।[७] माइक्रोफाइबर र नानोफाइबर म्याटको औसत फाइबर व्यास क्रमशः २.२५ र ०.५१ µm छन्, र औसत छिद्र व्यास क्रमशः १३.१ र ३.५ µm छन् (चित्र २c, d)।9:1 क्लोरोफर्म/इथानोल विलायक नोजलबाट रिलिज भएपछि चाँडै वाष्पीकरण हुने हुनाले, 11 र 12 wt% समाधानहरू बीचको भिस्कोसिटी भिन्नता द्रुत रूपमा बढ्छ (चित्र S1, समर्थन जानकारी)।[७] त्यसकारण, केवल १ wt% को एकाग्रता भिन्नताले फाइबर व्यासमा महत्त्वपूर्ण परिवर्तन ल्याउन सक्छ।
फिल्टर प्रदर्शन जाँच गर्नु अघि (चित्र S2, समर्थन जानकारी), विभिन्न फिल्टरहरू उचित रूपमा तुलना गर्नको लागि, मानक मोटाईको इलेक्ट्रोस्पन ननबुनाहरू निर्माण गरिएको थियो, किनभने मोटाई एक महत्त्वपूर्ण कारक हो जसले फिल्टर प्रदर्शनको दबाव भिन्नता र फिल्टरेशन दक्षतालाई असर गर्छ।नबुना नरम र छिद्रपूर्ण भएकोले, इलेक्ट्रोस्पन नबुनाको मोटाई सीधा निर्धारण गर्न गाह्रो छ।कपडाको मोटाई सामान्यतया सतहको घनत्व (प्रति एकाइ क्षेत्रको वजन, आधार वजन) को समानुपातिक हुन्छ।तसर्थ, यस अध्ययनमा, हामी मोटाईको प्रभावकारी मापनको रूपमा आधार वजन (gm-2) प्रयोग गर्छौं।[८] चित्र 2e मा देखाइए अनुसार मोटाई इलेक्ट्रोस्पिनिङ समय परिवर्तन गरेर नियन्त्रण गरिन्छ।कताई समय १ मिनेटबाट १० मिनेटमा बढ्दै जाँदा, माइक्रोफाइबर म्याटको मोटाई क्रमशः ०.२, २.०, ५.२ र ९.१ ग्राम-२ मा बढ्छ।त्यसैगरी, nanofiber म्याटको मोटाई क्रमशः 0.2, 1.0, 2.5, र 4.8 gm-2 मा बढाइएको थियो।माइक्रोफाइबर र नानोफाइबर म्याटहरू तिनीहरूको मोटाई मानहरू (gm-2) द्वारा तोकिएका छन्: M0.2, M2.0, M5.2 र M9.1, र N0.2, N1.0, N2.5 र N4। ८।
सम्पूर्ण नमूनाको हावाको दबाव भिन्नता (ΔP) फिल्टर प्रदर्शनको महत्त्वपूर्ण सूचक हो।[९] उच्च दबाव ड्रप भएको फिल्टर मार्फत सास फेर्न प्रयोगकर्ताको लागि असहज हुन्छ।स्वाभाविक रूपमा, यो देखाइएको छ कि फिल्टरको मोटाई बढ्दै जाँदा दबाव ड्रप बढ्छ, चित्र S3 मा देखाइएको, समर्थन जानकारी।नानोफाइबर म्याट (N4.8) ले तुलनात्मक मोटाईमा माइक्रोफाइबर (M5.2) चटाई भन्दा उच्च दबाव ड्रप देखाउँदछ किनभने नानोफाइबर म्याटमा सानो छिद्रहरू छन्।०.५ र १३.२ एमएस-१ बीचको गतिमा फिल्टरबाट हावा जाँदा, दुई फरक प्रकारका फिल्टरहरूको प्रेसर ड्रप 101 Pa बाट 102 Pa सम्म बिस्तारै बढ्छ। मोटाईलाई दबाव ड्रप र PM हटाउने सन्तुलन गर्न अनुकूलित हुनुपर्छ। दक्षता;1.0 ms-1 को हावाको वेग उचित छ किनभने मानिसहरूलाई मुखबाट सास फेर्न लाग्ने समय लगभग 1.3 ms-1 हो।[१०] यस सन्दर्भमा, M5.2 र N4.8 को दबाव ड्रप 1.0 ms-1 (50 Pa भन्दा कम) को वायु वेगमा स्वीकार्य छ (चित्र S4, समर्थन जानकारी)।कृपया ध्यान दिनुहोस् कि N95 र समान कोरियाली फिल्टर मानक (KF94) मास्कको दबाव ड्रप क्रमशः 50 देखि 70 Pa छ।थप CsW प्रशोधन र माइक्रो/नैनो फिल्टर एकीकरणले हावा प्रतिरोध बढाउन सक्छ;तसर्थ, दबाव ड्रप मार्जिन प्रदान गर्न, हामीले M5.2 र N4.8 को विश्लेषण गर्नु अघि N2.5 र M2.0 को विश्लेषण गर्यौं।
1.0 ms-1 को लक्षित वायु वेगमा, PM1.0, PM2.5, र PM10 को PBS microfiber र nanofiber mats को हटाउने दक्षता स्थिर चार्ज बिना अध्ययन गरिएको थियो (चित्र S5, समर्थन जानकारी)।यो देखाइएको छ कि PM हटाउने दक्षता सामान्यतया मोटाई र PM आकार मा वृद्धि संग बढ्छ।N2.5 को हटाउने दक्षता यसको साना छिद्रहरूको कारण M2.0 भन्दा राम्रो छ।PM1.0, PM2.5 र PM10 को लागि M2.0 को हटाउने दक्षता क्रमशः 55.5%, 64.6% र 78.8% थियो, जबकि N2.5 को समान मानहरू 71.9%, 80.1% र 89.6% थिए (चित्र 2f)।हामीले देख्यौं कि M2.0 र N2.5 बीचको दक्षतामा सबैभन्दा ठूलो भिन्नता PM1.0 हो, जसले माइक्रोन-स्तर PM को लागि माइक्रोफाइबर जालको भौतिक सिभिङ प्रभावकारी छ, तर नानो-स्तर PM (चित्र) को लागि प्रभावकारी छैन भनेर संकेत गर्दछ। S6, समर्थन जानकारी)।, M2.0 र N2.5 दुबैले 90% भन्दा कमको कम PM क्याप्चर क्षमता देखाउँदछ।थप रूपमा, N2.5 M2.0 भन्दा धुलोको लागि बढी संवेदनशील हुन सक्छ, किनभने धुलोका कणहरूले सजिलैसँग N2.5 को साना छिद्रहरूलाई रोक्न सक्छ।स्थिर चार्जको अनुपस्थितिमा, भौतिक सिभिङ एकै समयमा आवश्यक दबाब घटाउने र हटाउने दक्षता हासिल गर्ने क्षमतामा सीमित छ किनभने तिनीहरू बीचको व्यापार-अफ सम्बन्धको कारण।
Electrostatic adsorption PM लाई कुशलतापूर्वक खिच्नको लागि सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिने विधि हो।[११] सामान्यतया, स्थिर चार्ज उच्च-ऊर्जा बिजुली क्षेत्र मार्फत गैर-बुना फिल्टरमा जबरजस्ती लागू गरिन्छ;यद्यपि, यो स्थिर चार्ज आर्द्र अवस्थाहरूमा सजिलैसँग फैलिन्छ, परिणामस्वरूप PM क्याप्चर क्षमता गुमाउँछ।[४] इलेक्ट्रोस्टेटिक फिल्टरेशनका लागि बायो-आधारित सामग्रीको रूपमा, हामीले २०० एनएम लामो र ४० एनएम चौडा CsW प्रस्तुत गर्यौं;तिनीहरूको अमोनियम समूहहरू र ध्रुवीय एमाइड समूहहरूको कारणले गर्दा, यी नानोविस्कहरूमा स्थायी क्याटनिक चार्जहरू हुन्छन्।CsW को सतहमा उपलब्ध सकारात्मक चार्ज यसको जेटा क्षमता (ZP) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको छ;CsW 4.8 को pH संग पानीमा छरिएको छ, र तिनीहरूको ZP +49.8 mV (चित्र S7, समर्थन जानकारी) पाइन्छ।
CsW-लेपित PBS माइक्रोफाइबरहरू (ChMs) र nanofibers (ChNs) साधारण डिप कोटिंग द्वारा 0.2 wt% CsW पानी फैलावटमा तयार पारिएको थियो, जुन PBS फाइबरको सतहमा CsWs को अधिकतम मात्रा जोड्नको लागि उपयुक्त एकाग्रता हो, जसमा देखाइएको छ। चित्र 3a र चित्र S8 मा देखाइएको आंकडा, समर्थन जानकारी।नाइट्रोजन ऊर्जा फैलाउने एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) छविले PBS फाइबरको सतह CsW कणहरूसँग समान रूपमा लेपित भएको देखाउँछ, जुन स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (SEM) छविमा पनि स्पष्ट हुन्छ (चित्र 3b; चित्र S9, समर्थन जानकारी)। ।थप रूपमा, यो कोटिंग विधिले चार्ज गरिएको न्यानोमटेरियलहरूलाई फाइबर सतहलाई राम्ररी लपेट्न सक्षम बनाउँछ, जसले गर्दा इलेक्ट्रोस्ट्याटिक पीएम हटाउने क्षमतालाई अधिकतम बनाउँछ (चित्र S10, समर्थन जानकारी)।
ChM र ChN को PM हटाउने दक्षता अध्ययन गरिएको थियो (चित्र 3c)।M2.0 र N2.5 क्रमशः ChM2.0 र ChN2.5 उत्पादन गर्न CsW सँग लेपित गरिएको थियो।PM1.0, PM2.5 र PM10 को लागि ChM2.0 को हटाउने दक्षता क्रमशः 70.1%, 78.8% र 86.3% थियो, जबकि ChN2.5 को समान मानहरू क्रमशः 77.0%, 87.7% र 94.6% थिए।CsW कोटिंगले M2.0 र N2.5 को हटाउने दक्षतामा धेरै सुधार गर्छ, र थोरै सानो PM को लागि अवलोकन गरिएको प्रभाव अझ महत्त्वपूर्ण छ।विशेष गरी, chitosan nanowhiskers ले M2.0′s PM0.5 र PM1.0 को हटाउने दक्षता क्रमशः 15% र 13% बढायो (चित्र S11, समर्थन जानकारी)।यद्यपि M2.0 ले सानो PM1.0 लाई यसको तुलनात्मक रूपमा फराकिलो फाइब्रिल स्पेसिङ (चित्र 2c) को कारणले बहिष्कार गर्न गाह्रो छ, ChM2.0 ले PM1.0 लाई सोस्छ किनभने CsWs मा क्याशनहरू र एमाइडहरू ध्रुव-आयन अन्तरक्रियालाई युग्मित गर्दै आयन-आयनबाट जान्छ। , र धूलो संग द्विध्रुव-डाइपोल अन्तरक्रिया।यसको CsW कोटिंगको कारण, ChM2.0 र ChN2.5 को PM हटाउने दक्षता बाक्लो M5.2 र N4.8 (तालिका S3, समर्थन जानकारी) को जत्तिकै उच्च छ।
चाखलाग्दो कुरा के छ भने, यद्यपि PM हटाउने दक्षता धेरै सुधारिएको छ, CsW कोटिंगले दबाव ड्रपलाई कम असर गर्छ।ChM2.0 र ChN2.5 को दबाव ड्रप 15 र 23 Pa मा अलिकति बढ्यो, M5.2 र N4.8 (चित्र 3d; तालिका S3, समर्थन जानकारी) को लागि अवलोकन गरिएको लगभग आधा वृद्धि।त्यसकारण, जैव-आधारित सामग्रीको साथ कोटिंग दुई आधारभूत फिल्टरहरूको प्रदर्शन आवश्यकताहरू पूरा गर्न उपयुक्त विधि हो;त्यो हो, PM हटाउने दक्षता र हावाको दबाव भिन्नता, जुन पारस्परिक रूपमा अनन्य छन्।यद्यपि, ChM2.0 र ChN2.5 को PM1.0 र PM2.5 हटाउने दक्षता दुवै 90% भन्दा कम छन्;स्पष्ट रूपमा, यो प्रदर्शन सुधार गर्न आवश्यक छ।
बिस्तारै परिवर्तन हुने फाइबर व्यास र छिद्र आकारको साथ बहु झिल्लीहरू मिलेर बनेको एक एकीकृत निस्पंदन प्रणालीले माथिका समस्याहरू समाधान गर्न सक्छ [१२]।एकीकृत एयर फिल्टरमा दुई फरक न्यानोफाइबर र सुपरफाइन फाइबर नेटका फाइदाहरू छन्।यस सन्दर्भमा, ChM र ChN मात्र एकीकृत फिल्टरहरू (Int-MNs) उत्पादन गर्न स्ट्याक गरिएको छ।उदाहरणका लागि, Int-MN4.5 ChM2.0 र ChN2.5 प्रयोग गरेर तयार गरिएको छ, र यसको कार्यसम्पादन ChN4.8 र ChM5.2 सँग तुलना गरिएको छ जसमा समान क्षेत्रीय घनत्व (अर्थात मोटाई) छ।PM हटाउने दक्षता प्रयोगमा, Int-MN4.5 को अल्ट्राफाइन फाइबर साइड धुलो कोठामा पर्दाफास भएको थियो किनभने अल्ट्राफाइन फाइबर साइड नानोफाइबर साइड भन्दा क्लगिंगको लागि बढी प्रतिरोधी थियो।चित्र 4a मा देखाइए अनुसार, Int-MN4.5 ले दुई एकल-कम्पोनेन्ट फिल्टरहरू भन्दा राम्रो PM हटाउने दक्षता र दबाब भिन्नता देखाउँदछ, 37 Pa को दबाव ड्रपको साथ, जुन ChM5.2 जस्तै छ र ChM5.2 ChN4 भन्दा धेरै कम छ।8. थप रूपमा, Int-MN4.5 को PM1.0 हटाउने दक्षता 91% (चित्र 4b) छ।अर्कोतर्फ, ChM5.2 ले त्यस्तो उच्च PM1.0 हटाउने दक्षता देखाउँदैन किनभने यसको छिद्रहरू Int-MN4.5 भन्दा ठूला छन्।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-03-2021
