Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Kore Kimyasal Teknoloji Enstitüsü (KRICT) Biyobazlı Kimya Araştırma Merkezi, Ulsan, 44429, Kore Cumhuriyeti
İleri Malzeme ve Kimya Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (UST), Daejeon, 34113 Kore Cumhuriyeti
Bu makalenin tam metin sürümünü arkadaşlarınız ve iş arkadaşlarınızla paylaşmak için aşağıdaki bağlantıyı kullanın.daha fazla bilgi edin.
Koronavirüs pandemisi ve havadaki partikül madde (PM) ile ilgili sorunlar nedeniyle maskelere olan talep katlanarak arttı.Bununla birlikte, statik elektriğe ve nano eleğe dayalı geleneksel maske filtrelerinin tümü tek kullanımlık, bozunmaz veya geri dönüştürülebilir olup, bu da ciddi atık sorunlarına neden olacaktır.Ek olarak, birincisi nemli koşullar altında işlevini kaybederken, ikincisi önemli bir hava basıncı düşüşü ile çalışacak ve nispeten hızlı gözenek tıkanması meydana gelecektir.Burada biyolojik olarak parçalanabilen, neme dayanıklı, yüksek oranda nefes alabilen, yüksek performanslı bir fiber maske filtresi geliştirilmiştir.Kısacası, biyolojik olarak parçalanabilen iki ultra ince lif ve nano lifli keçe, Janus membran filtreye entegre edilir ve ardından katyonik olarak yüklü kitosan nano bıyıklarla kaplanır.Bu filtre, ticari N95 filtresi kadar verimlidir ve 2,5 µm PM'nin %98,3'ünü giderebilir.Nanolifler fiziksel olarak ince partikülleri perdeler ve ultra ince lifler, insan solunumu için uygun olan 59 Pa'lık düşük basınç farkı sağlar.Neme maruz kaldığında ticari N95 filtrelerinin performansındaki keskin düşüşün aksine, bu filtrenin performans kaybı önemsizdir, bu nedenle kitosanın kalıcı dipolü ultra ince PM'yi (örneğin nitrojen) adsorbe ettiği için birden çok kez kullanılabilir.Ve kükürt oksitler).Bu filtrenin kompostlanan toprakta 4 hafta içerisinde tamamen ayrışması önemlidir.
Mevcut benzeri görülmemiş koronavirüs pandemisi (COVID-19), maskeler için büyük bir talep yaratıyor.[1] Dünya Sağlık Örgütü (WHO), bu yıl her ay 89 milyon tıbbi maskeye ihtiyaç duyulduğunu tahmin ediyor.[1] Sadece sağlık profesyonellerinin yüksek verimli N95 maskelere ihtiyacı yoktur, aynı zamanda tüm bireyler için genel amaçlı maskeler de bu solunum yolu bulaşıcı hastalığın önlenmesi için vazgeçilmez günlük ekipman haline gelmiştir.[1] Ayrıca ilgili bakanlıkların her gün tek kullanımlık maske kullanımını şiddetle önermesi [1] bu durum büyük miktarlarda maske atığı ile ilgili çevre sorunlarına yol açmıştır.
Partikül madde (PM) şu anda en sorunlu hava kirliliği sorunu olduğundan, maskeler bireyler için mevcut olan en etkili önlem haline geldi.PM, partikül boyutuna göre (sırasıyla 2.5 ve 10μm) PM2.5 ve PM10 olarak ayrılır ve bu da doğal çevreyi [2] ve insan yaşam kalitesini çeşitli şekillerde ciddi şekilde etkiler.[2] PM her yıl 4,2 milyon ölüme ve 103,1 milyon engelliliğe ayarlanmış yaşam yılına neden olur.[2] PM2.5 sağlık için özellikle ciddi bir tehdit oluşturur ve resmi olarak grup I kanserojen olarak tanımlanır.[2] Bu nedenle, hava geçirgenliği ve PM giderimi açısından verimli bir maske filtresi araştırmak ve geliştirmek için zamanında ve önemlidir.[3]
Genel olarak konuşursak, geleneksel elyaf filtreleri PM'yi iki farklı şekilde yakalar: nano elyaflara dayalı fiziksel eleme ve mikro elyaflara dayalı elektrostatik adsorpsiyon (Şekil 1a).Nanolif bazlı filtrelerin, özellikle elektrospun nanolifli keçelerin kullanımının, kapsamlı malzeme mevcudiyeti ve kontrol edilebilir ürün yapısının bir sonucu olan PM'yi gidermek için etkili bir strateji olduğu kanıtlanmıştır.[3] Nanofiber mat, parçacıklar ve gözenekler arasındaki boyut farkından kaynaklanan hedef boyuttaki parçacıkları kaldırabilir.[3] Bununla birlikte, nano ölçekli liflerin, ilgili yüksek basınç farkından dolayı rahat insan solunumu için zararlı olan son derece küçük gözenekler oluşturmak için yoğun bir şekilde istiflenmesi gerekir.Ek olarak, küçük delikler kaçınılmaz olarak nispeten hızlı bir şekilde bloke edilecektir.
Öte yandan, meltblown ultra-ince fiber keçe, yüksek enerjili bir elektrik alanı tarafından elektrostatik olarak yüklenir ve çok küçük parçacıklar, elektrostatik adsorpsiyon tarafından yakalanır.[4] Temsili bir örnek olarak, N95 solunum cihazı, havadaki parçacıkların en az %95'ini filtreleyebildiği için Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü'nün gerekliliklerini karşılayan parçacık filtreleyen bir yüz maskesi solunum cihazıdır.Bu filtre türü, genellikle SO42− ve NO3− gibi anyonik maddelerden oluşan ultra ince PM'yi güçlü elektrostatik çekim yoluyla emer.Bununla birlikte, elyaf keçenin yüzeyindeki statik yük, nemli insan solumasında olduğu gibi nemli bir ortamda kolayca dağılır [4], bu da adsorpsiyon kapasitesinde bir azalmaya neden olur.
Filtreleme performansını daha da iyileştirmek veya ayırma verimliliği ile basınç düşüşü arasındaki dengeyi çözmek için, nano liflere ve mikro liflere dayalı filtreler, karbon malzemeler, metal organik çerçeveler ve PTFE nanopartiküller gibi yüksek K malzemeleriyle birleştirilir.[4] Bununla birlikte, bu katkı maddelerinin belirsiz biyolojik toksisitesi ve yük dağılımı hala kaçınılmaz problemlerdir.[4] Özellikle, bu iki tür geleneksel filtre genellikle bozunmaz, bu nedenle kullanımdan sonra sonunda çöplüklere gömülecek veya yakılacaktır.Bu nedenle, bu atık sorunlarını çözmek ve aynı zamanda PM'yi tatmin edici ve güçlü bir şekilde yakalamak için geliştirilmiş maske filtrelerinin geliştirilmesi önemli bir güncel ihtiyaçtır.
Yukarıdaki sorunları çözmek için poli(bütilen süksinat) bazlı (PBS bazlı)[5] mikro elyaf ve nano elyaf keçelerle entegre bir Janus membran filtre ürettik.Janus membran filtresi, kitosan nano bıyıklarla (CsWs) [5] (Şekil 1b) kaplanmıştır.Hepimizin bildiği gibi PBS, elektroeğirme yoluyla ultra ince fiber ve nanofiber dokunmamış kumaşlar üretebilen temsili bir biyolojik olarak parçalanabilen polimerdir.Nano ölçekli lifler fiziksel olarak PM'yi yakalarken, mikro ölçekli nano lifler basınç düşüşünü azaltır ve bir CsW çerçevesi görevi görür.Kitosan, biyouyumluluk, biyobozunurluk ve nispeten düşük toksisite dahil iyi biyolojik özelliklere sahip olduğu kanıtlanmış [5], kullanıcıların kazara solumasıyla ilişkili kaygıyı azaltabilen biyo-bazlı bir malzemedir.[5] Ayrıca kitosan katyonik bölgelere ve polar amid gruplarına sahiptir.[5] Nemli koşullar altında bile polar ultra ince partikülleri (SO42- ve NO3- gibi) çekebilir.
Burada, kolayca bulunabilen biyolojik olarak parçalanabilen malzemelere dayalı, biyolojik olarak parçalanabilen, yüksek verimli, neme dayanıklı ve düşük basınçlı damla maskesi filtresini rapor ediyoruz.Fiziksel eleme ve elektrostatik adsorpsiyon kombinasyonu nedeniyle, CsW kaplı mikrofiber/nanofiber entegre filtre, yüksek bir PM2.5 giderme verimliliğine (%98'e kadar) sahiptir ve aynı zamanda, en kalın filtre üzerindeki maksimum basınç düşüşü sadece 59 Pa'dır, insan solunumuna uygundur.N95 ticari filtre tarafından sergilenen önemli performans düşüşü ile karşılaştırıldığında, bu filtre, kalıcı CsW şarjı nedeniyle tamamen ıslak olduğunda bile ihmal edilebilir bir PM giderme verimliliği kaybı (<%1) sergiler.Ayrıca filtrelerimiz kompostlu toprakta 4 hafta içinde tamamen biyolojik olarak parçalanabilir.Filtre parçasının biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerden oluştuğu veya potansiyel biyopolimer dokunmamış uygulamalarda sınırlı performans gösterdiği benzer kavramlara sahip diğer çalışmalarla karşılaştırıldığında, [6] bu filtre doğrudan gelişmiş özelliklerin Biyobozunurluğunu gösterir (film S1, destekleyici bilgi).
Janus membran filtresinin bir bileşeni olarak, ilk önce nanofiber ve çok ince fiber PBS keçeleri hazırlandı.Bu nedenle, %11 ve %12 PBS çözeltileri, viskozite farklılıklarından dolayı sırasıyla nanometre ve mikrometre fiberler üretmek için elektroeğirildi.[7] Çözelti karakteristikleri ve optimum elektrospinleme koşullarının ayrıntılı bilgileri, destekleyici bilgilerde Tablo S1 ve S2'de listelenmiştir.Eğrilmiş lif hala artık solvent içerdiğinden, Şekil 2a'da gösterildiği gibi tipik bir elektroeğirme cihazına ek bir su pıhtılaşma banyosu eklenir.Ek olarak, su banyosu çerçeveyi, geleneksel ayardaki katı matristen farklı olan, pıhtılaşmış saf PBS fiber keçeyi toplamak için de kullanabilir (Şekil 2b).[7] Mikrofiber ve nanofiber keçelerin ortalama fiber çapları sırasıyla 2,25 ve 0,51 µm ve ortalama gözenek çapları sırasıyla 13,1 ve 3,5 µm'dir (Şekil 2c, d).9:1 kloroform/etanol çözücü memeden çıktıktan sonra hızla buharlaştığından, ağırlıkça %11 ila %12 çözeltiler arasındaki viskozite farkı hızla artar (Şekil S1, destekleyici bilgiler).[7] Bu nedenle, ağırlıkça yalnızca %1'lik bir konsantrasyon farkı, lif çapında önemli bir değişikliğe neden olabilir.
Filtre performansını kontrol etmeden önce (Şekil S2, destekleyici bilgi), çeşitli filtreleri makul bir şekilde karşılaştırmak için standart kalınlıkta elektrospun dokunmamış kumaşlar üretildi, çünkü kalınlık filtre performansının basınç farkını ve filtrasyon verimliliğini etkileyen önemli bir faktördür.Dokunmamış kumaşlar yumuşak ve gözenekli olduğundan, elektrodokumamış kumaşların kalınlığını doğrudan belirlemek zordur.Kumaşın kalınlığı genellikle yüzey yoğunluğuyla (birim alan ağırlığı, temel ağırlık) orantılıdır.Bu nedenle, bu çalışmada, etkili bir kalınlık ölçüsü olarak temel ağırlığı (gm-2) kullanıyoruz.[8] Kalınlık, Şekil 2e'de gösterildiği gibi elektrospinleme süresi değiştirilerek kontrol edilir.Döndürme süresi 1 dakikadan 10 dakikaya çıktıkça mikrofiber matın kalınlığı sırasıyla 0.2, 2.0, 5.2 ve 9.1 gm-2'ye çıkıyor.Aynı şekilde nanofiber matın kalınlığı sırasıyla 0.2, 1.0, 2.5 ve 4.8 gm-2'ye yükseltildi.Mikrofiber ve nanofiber paspaslar, kalınlık değerleri (gm-2) ile M0.2, M2.0, M5.2 ve M9.1 ve N0.2, N1.0, N2.5 ve N4 olarak tanımlanır. 8.
Tüm numunenin hava basıncı farkı (ΔP), filtre performansının önemli bir göstergesidir.[9] Yüksek basınç düşüşü olan bir filtreden nefes almak kullanıcı için rahatsız edicidir.Doğal olarak, bilgiyi destekleyen Şekil S3'te gösterildiği gibi, filtrenin kalınlığı arttıkça basınç düşüşünün arttığı görülmektedir.Nanofiber keçe (N4.8), karşılaştırılabilir bir kalınlıkta mikrofiber (M5.2) keçeden daha yüksek bir basınç düşüşü gösterir, çünkü nanofiber keçe daha küçük gözeneklere sahiptir.Hava 0,5 ile 13,2 ms-1 arasında bir hızla filtreden geçerken, iki farklı filtre tipinin basınç düşüşü kademeli olarak 101 Pa'dan 102 Pa'ya yükselir. Basınç düşüşü ve PM giderimini dengelemek için kalınlık optimize edilmelidir yeterlik;1,0 ms-1'lik bir hava hızı makul çünkü insanların ağızdan nefes alma süresi yaklaşık 1,3 ms-1'dir.[10] Bu bağlamda, M5.2 ve N4.8 basınç düşüşü, 1.0 ms-1 hava hızında (50 Pa'dan az) kabul edilebilir (Şekil S4, destekleyici bilgi).Lütfen N95 ve benzeri Kore filtre standardı (KF94) maskelerinin basınç düşüşünün sırasıyla 50 ila 70 Pa olduğunu unutmayın.Daha fazla CsW işleme ve mikro/nano filtre entegrasyonu hava direncini artırabilir;bu nedenle, basınç düşüşü marjı sağlamak için M5.2 ve N4.8'i analiz etmeden önce N2.5 ve M2.0'ı analiz ettik.
1,0 ms-1'lik bir hedef hava hızında, PBS mikrofiber ve nanofiber matların PM1.0, PM2.5 ve PM10'un uzaklaştırma verimliliği statik yük olmadan incelenmiştir (Şekil S5, destekleyici bilgiler).PM uzaklaştırma veriminin genel olarak kalınlık ve PM boyutunun artmasıyla arttığı gözlenmiştir.N2.5'in giderme verimliliği, daha küçük gözenekleri nedeniyle M2.0'dan daha iyidir.M2.0'ın PM1.0, PM2.5 ve PM10 için giderim verimleri sırasıyla %55,5, %64,6 ve %78,8 olurken, N2.5'in benzer değerleri %71,9, %80,1 ve %89,6 oldu (Şekil 2f).M2.0 ve N2.5 arasındaki en büyük verimlilik farkının PM1.0 olduğunu fark ettik; bu, mikrofiber ağın fiziksel eleme işleminin mikron düzeyindeki PM için etkili olduğunu, ancak nano düzeydeki PM için etkili olmadığını gösterir (Şekil S6, destekleyici bilgi)., M2.0 ve N2.5'in her ikisi de %90'dan daha düşük bir düşük PM yakalama yeteneği gösterir.Ayrıca N2.5, M2.0'a göre toza karşı daha duyarlı olabilir, çünkü toz parçacıkları N2.5'in daha küçük gözeneklerini kolaylıkla tıkayabilir.Statik yükün yokluğunda, fiziksel eleme, aralarındaki değiş tokuş ilişkisinden dolayı gerekli basınç düşüşü ve kaldırma verimliliğini aynı anda elde etme kabiliyeti bakımından sınırlıdır.
Elektrostatik adsorpsiyon, PM'yi verimli bir şekilde yakalamak için en yaygın kullanılan yöntemdir.[11] Genel olarak, yüksek enerjili bir elektrik alanı aracılığıyla dokunmamış filtreye statik yük zorla uygulanır;ancak bu statik yük, nemli koşullar altında kolayca dağılır ve PM yakalama yeteneğinin kaybına neden olur.[4] Elektrostatik filtreleme için biyo-bazlı bir malzeme olarak, 200 nm uzunluğunda ve 40 nm genişliğinde CsW'yi kullanıma sunduk;amonyum grupları ve polar amid grupları nedeniyle, bu nanobıyıklar kalıcı katyonik yükler içerir.CsW yüzeyindeki mevcut pozitif yük, zeta potansiyeli (ZP) ile temsil edilir;CsW, pH'ı 4,8 olan suda dağılır ve ZP'lerinin +49,8 mV olduğu bulunur (Şekil S7, destekleyici bilgi).
CsW kaplı PBS mikro elyafları (ChM'ler) ve nano elyaflar (ChN'ler), gösterildiği gibi maksimum CsW miktarını PBS elyaflarının yüzeyine bağlamak için uygun konsantrasyon olan ağırlıkça %0,2 CsW su dağılımında basit daldırma kaplamasıyla hazırlandı. şekil Şekil 3a ve Şekil S8'de gösterilen, destekleyici bilgiler.Nitrojen enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) görüntüsü, PBS fiberinin yüzeyinin, taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünde de belirgin olan (Şekil 3b; Şekil S9, destekleyici bilgiler) CsW parçacıkları ile düzgün bir şekilde kaplandığını göstermektedir. .Ek olarak, bu Bu kaplama yöntemi, yüklü nanomalzemelerin elyaf yüzeyini ince bir şekilde sarmasını sağlar, böylece elektrostatik PM giderme kapasitesini en üst düzeye çıkarır (Şekil S10, destekleyici bilgiler).
ChM ve ChN'nin PM uzaklaştırma etkinliği incelenmiştir (Şekil 3c).M2.0 ve N2.5, sırasıyla ChM2.0 ve ChN2.5'i üretmek için CsW ile kaplanmıştır.ChM2.0'ın PM1.0, PM2.5 ve PM10 için giderim verimleri sırasıyla %70.1, %78.8 ve %86.3 iken ChN2.5'in benzer değerleri sırasıyla %77.0, %87.7 ve %94.6 idi.CsW kaplama, M2.0 ve N2.5'in çıkarma verimliliğini büyük ölçüde artırır ve biraz daha küçük PM için gözlemlenen etki daha önemlidir.Özellikle, kitosan nanobıyıklar, M2.0'ın PM0.5 ve PM1.0'ın çıkarma verimliliğini sırasıyla %15 ve %13 artırdı (Şekil S11, destekleyici bilgiler).Nispeten geniş fibril aralığı (Şekil 2c) nedeniyle M2.0'ın daha küçük PM1.0'ı dışlaması zor olsa da (Şekil 2c), ChM2.0 PM1.0'ı adsorbe eder çünkü CsW'lerdeki katyonlar ve amidler iyon-iyondan geçerek Kutup-iyon etkileşimini birleştirir. ve tozla dipol-dipol etkileşimi.CsW kaplaması nedeniyle, ChM2.0 ve ChN2.5'in PM giderme verimliliği, daha kalın M5.2 ve N4.8'inki kadar yüksektir (Tablo S3, destekleyici bilgiler).
İlginç bir şekilde, PM giderme verimliliği büyük ölçüde geliştirilmiş olmasına rağmen, CsW kaplama basınç düşüşünü neredeyse hiç etkilemez.ChM2.0 ve ChN2.5'in basınç düşüşü, M5.2 ve N4.8 için gözlemlenen artışın neredeyse yarısı kadar hafif bir artışla 15 ve 23 Pa'ya yükseldi (Şekil 3d; Tablo S3, destekleyici bilgiler).Bu nedenle, biyo bazlı malzemelerle kaplama, iki temel filtrenin performans gereksinimlerini karşılamak için uygun bir yöntemdir;yani birbirini dışlayan PM giderme verimliliği ve hava basıncı farkı.Ancak, ChM2.0 ve ChN2.5'in PM1.0 ve PM2.5 giderme verimliliği %90'ın altındadır;Açıkçası, bu performansın iyileştirilmesi gerekiyor.
Kademeli olarak değişen lif çaplarına ve gözenek boyutlarına sahip çok sayıda zardan oluşan entegre bir filtrasyon sistemi yukarıdaki sorunları çözebilir [12].Entegre hava filtresi, iki farklı nanofiber ve çok ince fiber ağların avantajlarına sahiptir.Bu bağlamda, ChM ve ChN, entegre filtreler (Int-MN'ler) üretmek için basitçe istiflenir.Örneğin Int-MN4.5, ChM2.0 ve ChN2.5 kullanılarak hazırlanır ve performansı benzer alan yoğunluklarına (yani kalınlığa) sahip olan ChN4.8 ve ChM5.2 ile karşılaştırılır.PM giderme verimliliği deneyinde, Int-MN4.5'in ultra ince fiber tarafı tozlu odada açığa çıkarıldı çünkü ultra ince fiber tarafı nanofiber tarafına göre tıkanmaya karşı daha dirençliydi.Şekil 4a'da gösterildiği gibi Int-MN4.5, ChM5.2'ye benzer ve ChM5.2 ChN4'ten çok daha düşük olan 37 Pa'lık bir basınç düşüşü ile iki tek bileşenli filtreden daha iyi PM giderme verimliliği ve basınç farkı gösterir.8. Ek olarak, Int-MN4.5'in PM1.0 giderme verimliliği %91'dir (Şekil 4b).Öte yandan ChM5.2, gözenekleri Int-MN4.5'inkilerden daha büyük olduğu için bu kadar yüksek bir PM1.0 giderme verimliliği göstermedi.
Gönderim zamanı: Kasım-03-2021
