Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Sinh học, Ulsan, 44429, Hàn Quốc
Vật liệu tiên tiến và Kỹ thuật hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ (UST), Daejeon, 34113 Hàn Quốc
Sử dụng liên kết dưới đây để chia sẻ phiên bản đầy đủ của bài viết này với bạn bè và đồng nghiệp của bạn.tìm hiểu thêm.
Do đại dịch vi-rút corona và các vấn đề liên quan đến hạt vật chất (PM) trong không khí, nhu cầu về khẩu trang đã tăng theo cấp số nhân.Tuy nhiên, các bộ lọc mặt nạ truyền thống dựa trên tĩnh điện và lưới lọc nano đều là loại dùng một lần, không thể phân hủy hoặc tái chế, điều này sẽ gây ra các vấn đề nghiêm trọng về chất thải.Ngoài ra, cái trước sẽ mất chức năng trong điều kiện ẩm ướt, trong khi cái sau sẽ hoạt động với áp suất không khí giảm đáng kể và hiện tượng tắc lỗ chân lông tương đối nhanh sẽ xảy ra.Tại đây, một bộ lọc mặt nạ sợi hiệu suất cao, có khả năng phân hủy sinh học, chống ẩm, thoáng khí cao đã được phát triển.Nói tóm lại, hai sợi siêu mịn có thể phân hủy sinh học và thảm sợi nano được tích hợp vào màng lọc Janus, sau đó được phủ một lớp sợi nano chitosan tích điện cation.Bộ lọc này hiệu quả như bộ lọc N95 thương mại và có thể loại bỏ 98,3% PM 2,5 µm.Sợi nano sàng lọc vật lý các hạt mịn và sợi siêu mịn cung cấp chênh lệch áp suất thấp 59 Pa, phù hợp với hơi thở của con người.Trái ngược với sự suy giảm mạnh hiệu suất của các bộ lọc N95 thương mại khi tiếp xúc với hơi ẩm, hiệu suất giảm của bộ lọc này là không đáng kể, vì vậy nó có thể được sử dụng nhiều lần do lưỡng cực vĩnh cửu của chitosan hấp thụ PM siêu mịn (ví dụ: nitơ).và lưu huỳnh oxit).Điều quan trọng là bộ lọc này sẽ phân hủy hoàn toàn trong đất ủ trong vòng 4 tuần.
Đại dịch coronavirus chưa từng có hiện nay (COVID-19) đang thúc đẩy nhu cầu rất lớn về khẩu trang.[1] Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính cần 89 triệu khẩu trang y tế mỗi tháng trong năm nay.[1] Không chỉ các chuyên gia y tế cần khẩu trang N95 hiệu quả cao, mà khẩu trang đa năng cho mọi cá nhân cũng trở thành trang bị hàng ngày không thể thiếu để phòng ngừa căn bệnh truyền nhiễm đường hô hấp này.[1] Ngoài ra, các bộ liên quan khuyến nghị mạnh mẽ việc sử dụng khẩu trang dùng một lần mỗi ngày, [1] điều này đã dẫn đến các vấn đề môi trường liên quan đến lượng lớn chất thải khẩu trang.
Vì vật chất dạng hạt (PM) hiện là vấn đề ô nhiễm không khí nghiêm trọng nhất nên khẩu trang đã trở thành biện pháp đối phó hiệu quả nhất dành cho các cá nhân.PM được chia thành PM2.5 và PM10 theo kích thước hạt (tương ứng là 2,5 và 10μm), ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường tự nhiên [2] và chất lượng cuộc sống con người theo nhiều cách khác nhau.[2] Hàng năm, PM gây ra 4,2 triệu ca tử vong và 103,1 triệu ca tàn tật trong những năm sống được điều chỉnh.[2] PM2.5 gây ra mối đe dọa đặc biệt nghiêm trọng đối với sức khỏe và chính thức được chỉ định là chất gây ung thư nhóm I.[2] Do đó, việc nghiên cứu và phát triển bộ lọc mặt nạ hiệu quả về khả năng thoáng khí và loại bỏ PM là rất kịp thời và quan trọng.[3]
Nói chung, các bộ lọc sợi truyền thống thu PM theo hai cách khác nhau: thông qua sàng vật lý dựa trên sợi nano và hấp phụ tĩnh điện dựa trên vi sợi (Hình 1a).Việc sử dụng các bộ lọc dựa trên sợi nano, đặc biệt là thảm sợi nano quay điện, đã được chứng minh là một chiến lược hiệu quả để loại bỏ PM, đây là kết quả của sự sẵn có rộng rãi của vật liệu và cấu trúc sản phẩm có thể kiểm soát được.[3] Thảm sợi nano có thể loại bỏ các hạt có kích thước mục tiêu, nguyên nhân là do sự khác biệt về kích thước giữa các hạt và lỗ chân lông.[3] Tuy nhiên, các sợi kích thước nano cần phải được xếp chồng lên nhau với mật độ dày đặc để tạo thành các lỗ cực nhỏ, gây hại cho quá trình thở thoải mái của con người do chênh lệch áp suất cao liên quan.Ngoài ra, các lỗ nhỏ chắc chắn sẽ bị chặn tương đối nhanh chóng.
Mặt khác, thảm sợi siêu mịn thổi tan chảy được tích điện tĩnh điện bằng điện trường năng lượng cao và các hạt rất nhỏ bị hấp phụ tĩnh điện giữ lại.[4] Lấy ví dụ điển hình, mặt nạ phòng độc N95 là mặt nạ phòng độc có chức năng lọc hạt đáp ứng các yêu cầu của Viện Sức khỏe và An toàn Lao động Quốc gia vì nó có thể lọc ít nhất 95% hạt trong không khí.Loại bộ lọc này hấp thụ PM siêu mịn, thường bao gồm các chất anion như SO42− và NO3−, thông qua lực hút tĩnh điện mạnh.Tuy nhiên, điện tích tĩnh trên bề mặt của thảm sợi dễ bị tiêu tan trong môi trường ẩm ướt, chẳng hạn như hơi thở ẩm ướt của con người, [4] dẫn đến giảm khả năng hấp phụ.
Để cải thiện hơn nữa hiệu suất lọc hoặc giải quyết vấn đề cân bằng giữa hiệu quả loại bỏ và giảm áp suất, các bộ lọc dựa trên sợi nano và sợi nhỏ được kết hợp với các vật liệu high-k, chẳng hạn như vật liệu carbon, khung hữu cơ kim loại và hạt nano PTFE.[4] Tuy nhiên, độc tính sinh học không chắc chắn và sự phân tán điện tích của các chất phụ gia này vẫn là những vấn đề không thể tránh khỏi.[4] Đặc biệt, hai loại màng lọc truyền thống này thường không thể phân hủy nên cuối cùng sẽ bị chôn lấp tại các bãi chôn lấp hoặc thiêu hủy sau khi sử dụng.Do đó, việc phát triển các bộ lọc mặt nạ cải tiến để giải quyết các vấn đề về chất thải này, đồng thời thu giữ PM một cách thỏa đáng và mạnh mẽ là một nhu cầu quan trọng hiện nay.
Để giải quyết các vấn đề trên, chúng tôi đã sản xuất màng lọc Janus tích hợp với thảm sợi nhỏ và sợi nano dựa trên poly(butylene succinate) (dựa trên PBS)[5].Màng lọc Janus được phủ một lớp râu nano chitosan (CsWs) [5] (Hình 1b).Như chúng ta đã biết, PBS là một loại polymer có khả năng phân hủy sinh học tiêu biểu, có thể tạo ra các sản phẩm không dệt sợi siêu mịn và sợi nano thông qua quá trình quay điện.Các sợi kích thước nano bẫy PM về mặt vật lý, trong khi các sợi nano kích thước siêu nhỏ giảm áp suất giảm và hoạt động như một khung CsW.Chitosan là một vật liệu dựa trên sinh học đã được chứng minh là có các đặc tính sinh học tốt, bao gồm khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy sinh học và độc tính tương đối thấp, [5] có thể làm giảm sự lo lắng liên quan đến việc người dùng vô tình hít phải.[5] Ngoài ra, chitosan có các vị trí cation và các nhóm amide phân cực.[5] Ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, nó có thể hút các hạt siêu mịn phân cực (chẳng hạn như SO42- và NO3-).
Ở đây, chúng tôi báo cáo bộ lọc mặt nạ giảm áp suất thấp, có thể phân hủy sinh học, hiệu quả cao, chống ẩm và dựa trên các vật liệu có thể phân hủy sinh học sẵn có.Do sự kết hợp giữa sàng vật lý và hấp phụ tĩnh điện, bộ lọc tích hợp sợi nhỏ/sợi nano phủ CsW có hiệu suất loại bỏ PM2.5 cao (lên đến 98%), đồng thời, mức giảm áp suất tối đa trên bộ lọc dày nhất là chỉ Nó là 59 Pa, phù hợp với hơi thở của con người.So với sự suy giảm hiệu suất đáng kể mà bộ lọc thương mại N95 thể hiện, bộ lọc này cho thấy hiệu quả loại bỏ PM giảm không đáng kể (<1%) ngay cả khi bị ướt hoàn toàn, do điện tích CsW vĩnh viễn.Ngoài ra, các bộ lọc của chúng tôi có thể phân hủy hoàn toàn trong đất ủ trong vòng 4 tuần.So với các nghiên cứu khác có khái niệm tương tự, trong đó phần bộ lọc bao gồm các vật liệu có thể phân hủy sinh học hoặc cho thấy hiệu suất hạn chế trong các ứng dụng vải không dệt polyme sinh học tiềm năng, [6] bộ lọc này trực tiếp thể hiện khả năng phân hủy sinh học của các tính năng nâng cao (phim S1, thông tin hỗ trợ).
Là một thành phần của màng lọc Janus, thảm PBS sợi nano và sợi siêu mịn lần đầu tiên được sản xuất.Do đó, các dung dịch PBS 11% và 12% được quay điện để tạo ra sợi nanomet và micromet tương ứng do sự khác biệt về độ nhớt của chúng.[7] Thông tin chi tiết về các đặc điểm của giải pháp và điều kiện quay điện tối ưu được liệt kê trong Bảng S1 và S2, trong phần thông tin hỗ trợ.Vì sợi khi kéo thành sợi vẫn chứa dung môi còn sót lại, nên một bể đông tụ nước bổ sung được thêm vào thiết bị quay điện điển hình, như thể hiện trong Hình 2a.Ngoài ra, nồi cách thủy cũng có thể sử dụng khung để thu thập thảm sợi PBS tinh khiết đông tụ, khác với ma trận rắn trong môi trường truyền thống (Hình 2b).[7] Đường kính sợi trung bình của thảm sợi nhỏ và sợi nano lần lượt là 2,25 và 0,51 µm, và đường kính lỗ trung bình lần lượt là 13,1 và 3,5 µm (Hình 2c, d).Vì dung môi chloroform/ethanol 9: 1 bay hơi nhanh chóng sau khi được giải phóng khỏi vòi, độ chênh lệch độ nhớt giữa các dung dịch 11 và 12% trọng lượng tăng nhanh (Hình S1, thông tin hỗ trợ).[7] Do đó, sự khác biệt về nồng độ chỉ 1% trọng lượng có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về đường kính sợi.
Trước khi kiểm tra hiệu suất của bộ lọc (Hình S2, thông tin hỗ trợ), để so sánh hợp lý các bộ lọc khác nhau, các sản phẩm không dệt bằng điện có độ dày tiêu chuẩn đã được sản xuất, vì độ dày là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chênh lệch áp suất và hiệu quả lọc của hiệu suất bộ lọc.Vì các sản phẩm không dệt mềm và xốp, rất khó để xác định trực tiếp độ dày của các sản phẩm không dệt quay điện.Độ dày của vải thường tỷ lệ thuận với mật độ bề mặt (trọng lượng trên một đơn vị diện tích, trọng lượng cơ bản).Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng trọng lượng cơ bản (gm-2) làm thước đo độ dày hiệu quả.[8] Độ dày được kiểm soát bằng cách thay đổi thời gian quay điện, như trong Hình 2e.Khi thời gian vắt tăng từ 1 phút lên 10 phút, độ dày của thảm sợi nhỏ tăng lên tương ứng là 0,2, 2,0, 5,2 và 9,1 gm-2.Theo cách tương tự, độ dày của thảm sợi nano được tăng lên lần lượt là 0,2, 1,0, 2,5 và 4,8 gm-2.Thảm sợi nhỏ và sợi nano được ký hiệu theo giá trị độ dày của chúng (gm-2) là: M0.2, M2.0, M5.2 và M9.1, và N0.2, N1.0, N2.5 và N4. số 8.
Chênh lệch áp suất không khí (ΔP) của toàn bộ mẫu là một chỉ số quan trọng về hiệu suất của bộ lọc.[9] Việc thở qua bộ lọc có áp suất giảm cao gây khó chịu cho người sử dụng.Đương nhiên, người ta quan sát thấy rằng độ giảm áp suất tăng lên khi độ dày của bộ lọc tăng lên, như trong Hình S3, thông tin hỗ trợ.Thảm sợi nano (N4.8) cho thấy mức giảm áp suất cao hơn so với thảm sợi nhỏ (M5.2) ở độ dày tương đương vì thảm sợi nano có các lỗ nhỏ hơn.Khi không khí đi qua bộ lọc ở tốc độ từ 0,5 đến 13,2 ms-1, mức giảm áp suất của hai loại bộ lọc khác nhau tăng dần từ 101 Pa lên 102 Pa. Độ dày phải được tối ưu hóa để cân bằng mức giảm áp suất và loại bỏ bụi mịn hiệu quả;vận tốc không khí 1,0 ms-1 là hợp lý vì thời gian để con người thở bằng miệng là khoảng 1,3 ms-1.[10] Về vấn đề này, áp suất giảm của M5.2 và N4.8 có thể chấp nhận được ở vận tốc không khí 1 ms-1 (dưới 50 Pa) (Hình S4, thông tin hỗ trợ).Xin lưu ý rằng áp suất giảm của khẩu trang N95 và khẩu trang tiêu chuẩn lọc tương tự của Hàn Quốc (KF94) tương ứng là 50 đến 70 Pa.Quá trình xử lý CsW hơn nữa và tích hợp bộ lọc micro/nano có thể làm tăng lực cản không khí;do đó, để cung cấp biên độ sụt áp, chúng tôi đã phân tích N2.5 và M2.0 trước khi phân tích M5.2 và N4.8.
Ở tốc độ không khí mục tiêu là 1,0 ms-1, hiệu quả loại bỏ PM1.0, PM2.5 và PM10 của thảm sợi nhỏ và sợi nano PBS đã được nghiên cứu mà không có điện tích tĩnh (Hình S5, thông tin hỗ trợ).Theo quan sát, hiệu quả loại bỏ PM thường tăng khi độ dày và kích thước PM tăng lên.Hiệu quả loại bỏ của N2.5 tốt hơn M2.0 do lỗ chân lông nhỏ hơn.Hiệu suất loại bỏ của M2.0 đối với PM1.0, PM2.5 và PM10 lần lượt là 55,5%, 64,6% và 78,8%, trong khi các giá trị tương tự của N2.5 là 71,9%, 80,1% và 89,6% (Hình 2f).Chúng tôi nhận thấy rằng sự khác biệt lớn nhất về hiệu quả giữa M2.0 và N2.5 là PM1.0, điều này cho thấy rằng quá trình sàng vật lý của lưới sợi nhỏ có hiệu quả đối với PM cấp độ micron nhưng không hiệu quả đối với PM cấp độ nano (Hình S6, thông tin hỗ trợ)., M2.0 và N2.5 đều cho thấy khả năng nắm bắt PM thấp dưới 90%.Ngoài ra, N2.5 có thể dễ bị bám bụi hơn M2.0, vì các hạt bụi có thể dễ dàng chặn các lỗ nhỏ hơn của N2.5.Trong trường hợp không có điện tích tĩnh, sàng vật lý bị hạn chế về khả năng đạt được hiệu quả loại bỏ và giảm áp suất cần thiết cùng một lúc do mối quan hệ đánh đổi giữa chúng.
Hấp phụ tĩnh điện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để thu PM một cách hiệu quả.[11] Nói chung, điện tích tĩnh được áp dụng cưỡng bức cho bộ lọc vải không dệt thông qua điện trường năng lượng cao;tuy nhiên, điện tích tĩnh này dễ bị tiêu tan trong điều kiện ẩm ướt, dẫn đến mất khả năng bắt PM.[4] Là vật liệu dựa trên sinh học để lọc tĩnh điện, chúng tôi đã giới thiệu CsW dài 200 nm và rộng 40 nm;do các nhóm amoni và nhóm amit phân cực của chúng, các sợi nano này chứa các điện tích cation vĩnh viễn.Điện tích dương khả dụng trên bề mặt của CsW được biểu thị bằng điện thế zeta (ZP) của nó;CsW được phân tán trong nước có độ pH là 4,8 và ZP của chúng được tìm thấy là +49,8 mV (Hình S7, thông tin hỗ trợ).
Các vi sợi PBS (ChMs) và sợi nano (ChNs) được phủ CsW đã được điều chế bằng cách phủ nhúng đơn giản ở mức phân tán nước 0,2% trọng lượng CsW, đây là nồng độ thích hợp để gắn lượng CsW tối đa lên bề mặt của sợi PBS, như thể hiện trong hình Thể hiện trong Hình 3a và Hình S8, thông tin hỗ trợ.Hình ảnh quang phổ tia X phân tán năng lượng nitơ (EDS) cho thấy bề mặt của sợi PBS được phủ đồng nhất bằng các hạt CsW, điều này cũng có thể thấy rõ trong hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) (Hình 3b; Hình S9, thông tin hỗ trợ) .Ngoài ra, phương pháp phủ này cho phép các vật liệu nano tích điện bao bọc mịn bề mặt sợi, do đó tối đa hóa khả năng loại bỏ PM tĩnh điện (Hình S10, thông tin hỗ trợ).
Hiệu quả loại bỏ PM của ChM và ChN đã được nghiên cứu (Hình 3c).M2.0 và N2.5 được phủ bằng CsW để tạo ra ChM2.0 và ChN2.5 tương ứng.Hiệu quả loại bỏ của ChM2.0 đối với PM1.0, PM2.5 và PM10 lần lượt là 70,1%, 78,8% và 86,3%, trong khi các giá trị tương tự của ChN2.5 lần lượt là 77,0%, 87,7% và 94,6%.Lớp phủ CsW cải thiện đáng kể hiệu quả loại bỏ của M2.0 và N2.5, đồng thời hiệu quả quan sát được đối với PM nhỏ hơn một chút là đáng kể hơn.Đặc biệt, các sợi nano chitosan đã tăng hiệu quả loại bỏ PM0.5 và PM1.0 của M2.0 lần lượt là 15% và 13% (Hình S11, thông tin hỗ trợ).Mặc dù M2.0 khó loại trừ PM1.0 nhỏ hơn do khoảng cách giữa các sợi tơ tương đối rộng (Hình 2c), ChM2.0 hấp thụ PM1.0 do các cation và amit trong CsW đi qua ion-ion, ghép nối tương tác cực-ion và tương tác lưỡng cực-lưỡng cực với bụi.Do có lớp phủ CsW, hiệu quả loại bỏ PM của ChM2.0 và ChN2.5 cao ngang với hiệu quả của M5.2 và N4.8 dày hơn (Bảng S3, thông tin hỗ trợ).
Điều thú vị là, mặc dù hiệu quả loại bỏ PM được cải thiện rất nhiều, nhưng lớp phủ CsW hầu như không ảnh hưởng đến việc giảm áp suất.Mức giảm áp suất của ChM2.0 và ChN2.5 tăng nhẹ lên 15 và 23 Pa, gần bằng một nửa mức tăng quan sát được đối với M5.2 và N4.8 (Hình 3d; Bảng S3, thông tin hỗ trợ).Vì vậy, phủ bằng vật liệu gốc sinh học là phương pháp phù hợp để đáp ứng yêu cầu về hiệu suất của hai bộ lọc cơ bản;nghĩa là, hiệu quả loại bỏ PM và chênh lệch áp suất không khí, loại trừ lẫn nhau.Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ PM1.0 và PM2.5 của ChM2.0 và ChN2.5 đều thấp hơn 90%;rõ ràng, hiệu suất này cần phải được cải thiện.
Một hệ thống lọc tích hợp bao gồm nhiều màng với đường kính sợi và kích thước lỗ thay đổi dần dần có thể giải quyết các vấn đề trên [12].Bộ lọc không khí tích hợp có ưu điểm của hai loại sợi nano khác nhau và lưới sợi siêu mịn.Về vấn đề này, ChM và ChN được xếp chồng lên nhau một cách đơn giản để tạo ra các bộ lọc tích hợp (Int-MN).Ví dụ: Int-MN4.5 được chuẩn bị bằng ChM2.0 và ChN2.5 và hiệu suất của nó được so sánh với ChN4.8 và ChM5.2 có mật độ diện tích (nghĩa là độ dày) tương tự nhau.Trong thử nghiệm về hiệu quả loại bỏ PM, mặt sợi siêu mịn của Int-MN4.5 được phơi bày trong phòng nhiều bụi vì mặt sợi siêu mịn có khả năng chống tắc nghẽn cao hơn mặt sợi nano.Như được hiển thị trong Hình 4a, Int-MN4.5 cho thấy hiệu quả loại bỏ PM và chênh lệch áp suất tốt hơn so với hai bộ lọc một thành phần, với mức giảm áp suất là 37 Pa, tương tự như ChM5.2 và thấp hơn nhiều so với ChM5.2 ChN4.8. Ngoài ra, hiệu suất loại bỏ PM1.0 của Int-MN4.5 là 91% (Hình 4b).Mặt khác, ChM5.2 không cho thấy hiệu quả loại bỏ PM1.0 cao như vậy vì lỗ chân lông của nó lớn hơn so với lỗ chân lông của Int-MN4.5.
Thời gian đăng: Nov-03-2021
