Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Ċentru ta' Riċerka tal-Kimika Biobased tal-Istitut tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), Ulsan, 44429, ir-Repubblika tal-Korea
Materjali Avvanzati u Inġinerija Kimika, Università tax-Xjenza u Teknoloġija (UST), Daejeon, 34113 Repubblika tal-Korea
Uża l-link hawn taħt biex taqsam il-verżjoni tat-test sħiħ ta’ dan l-artikolu mal-ħbieb u l-kollegi tiegħek.itagħllem iżjed.
Minħabba l-pandemija tal-koronavirus u kwistjonijiet relatati mal-materja partikulata (PM) fl-arja, id-domanda għall-maskri kibret b'mod esponenzjali.Madankollu, filtri maskra tradizzjonali bbażati fuq l-elettriku statiku u l-għarbiel nano huma kollha li jintremew, mhux degradabbli jew riċiklabbli, li se jikkawżaw problemi serji ta ' skart.Barra minn hekk, tal-ewwel se jitlef il-funzjoni tiegħu taħt kundizzjonijiet umdi, filwaqt li tal-aħħar se jopera bi tnaqqis sinifikanti fil-pressjoni tal-arja u se jseħħ imblukkar tal-pori relattivament mgħaġġel.Hawnhekk, ġie żviluppat filtru tal-maskra tal-fibra bijodegradabbli, reżistenti għall-umdità, li jieħu nifs minnu ħafna u ta 'prestazzjoni għolja.Fil-qosor, żewġ fibri ultrafini bijodegradabbli u twapet tan-nanofibra huma integrati fil-filtru tal-membrana Janus, u mbagħad miksija b'nanowhiskers chitosan iċċarġjati katjonikament.Dan il-filtru huwa effiċjenti daqs il-filtru N95 kummerċjali u jista' jneħħi 98.3% ta' 2.5 µm PM.In-nanofibri jiskrinjaw fiżikament partiċelli fini, u fibri ultrafini jipprovdu differenza ta 'pressjoni baxxa ta' 59 Pa, li hija adattata għan-nifs tal-bniedem.Kuntrarjament għat-tnaqqis qawwi fil-prestazzjoni tal-filtri N95 kummerċjali meta esposti għall-umdità, it-telf tal-prestazzjoni ta 'dan il-filtru huwa negliġibbli, għalhekk jista' jintuża bosta drabi minħabba li d-dipol permanenti ta 'chitosan jassorbi PM ultrafin (per eżempju, nitroġenu).U ossidi tal-kubrit).Huwa importanti li dan il-filtru jiddekomponi kompletament fil-ħamrija komposta fi żmien 4 ġimgħat.
Il-pandemija tal-koronavirus bla preċedent attwali (COVID-19) qed tmexxi domanda kbira għall-maskri.[1] L-Organizzazzjoni Dinjija tas-Saħħa (WHO) tistma li 89 miljun maskra medika huma meħtieġa kull xahar din is-sena.[1] Mhux biss il-professjonisti tal-kura tas-saħħa jeħtieġu maskri N95 ta 'effiċjenza għolja, iżda maskri għal skopijiet ġenerali għall-individwi kollha saru wkoll tagħmir ta' kuljum indispensabbli għall-prevenzjoni ta 'din il-marda infettiva respiratorja.[1] Barra minn hekk, il-ministeri rilevanti jirrakkomandaw bil-qawwa l-użu ta 'maskri li jintremew kuljum, [1] dan wassal għal problemi ambjentali relatati ma' ammonti kbar ta 'skart ta' maskra.
Peress li l-materja partikulata (PM) bħalissa hija l-aktar problema problematika tat-tniġġis tal-arja, il-maskri saru l-aktar kontromiżura effettiva disponibbli għall-individwi.PM huwa maqsum f'PM2.5 u PM10 skond id-daqs tal-partiċelli (2.5 u 10μm rispettivament), li jaffettwa serjament l-ambjent naturali [2] u l-kwalità tal-ħajja tal-bniedem b'diversi modi.[2] Kull sena, il-PM jikkawża 4.2 miljun mewt u 103.1 miljun sena ta' ħajja aġġustata għad-diżabilità.[2] PM2.5 joħloq theddida partikolarment serja għas-saħħa u huwa uffiċjalment indikat bħala karċinoġenu tal-grupp I.[2] Għalhekk, huwa f'waqtu u importanti li ssir riċerka u tiżviluppa filtru tal-maskra effiċjenti f'termini ta 'permeabilità tal-arja u tneħħija tal-PM.[3]
B'mod ġenerali, il-filtri tal-fibra tradizzjonali jaqbdu l-PM b'żewġ modi differenti: permezz ta 'għarbil fiżiku bbażat fuq nanofibri u adsorbiment elettrostatiku bbażat fuq mikrofibri (Figura 1a).L-użu ta 'filtri bbażati fuq in-nanofibra, speċjalment twapet tan-nanofibra elettrospun, wera li huwa strateġija effettiva biex jitneħħa l-PM, li huwa r-riżultat ta' disponibbiltà estensiva ta 'materjal u struttura ta' prodott kontrollabbli.[3] It-tapit tan-nanofibra jista 'jneħħi partiċelli tad-daqs fil-mira, li huwa kkawżat mid-differenza fid-daqs bejn il-partiċelli u l-pori.[3] Madankollu, fibri fuq skala nano jeħtieġ li jkunu f'munzelli dens biex jiffurmaw pori estremament żgħar, li huma ta 'ħsara għan-nifs tal-bniedem komdu minħabba d-differenza assoċjata ta' pressjoni għolja.Barra minn hekk, it-toqob żgħar inevitabbilment se jiġu mblukkati relattivament malajr.
Min-naħa l-oħra, it-tapit tal-fibra ultra-fine meltblown huwa ċċarġjat b'mod elettrostatiku minn kamp elettriku ta 'enerġija għolja, u partiċelli żgħar ħafna jinqabdu permezz ta' adsorbiment elettrostatiku.[4] Bħala eżempju rappreżentattiv, ir-respiratur N95 huwa respiratur tal-maskra tal-wiċċ li jiffiltra l-partiċelli li jissodisfa r-rekwiżiti tal-Istitut Nazzjonali tas-Sigurtà u s-Saħħa fuq il-Post tax-Xogħol minħabba li jista 'jiffiltra mill-inqas 95% tal-partiċelli fl-arja.Dan it-tip ta 'filtru jassorbi PM ultrafin, li ġeneralment ikun magħmul minn sustanzi anjoniċi bħal SO42− u NO3−, permezz ta' attrazzjoni elettrostatika qawwija.Madankollu, iċ-ċarġ statiku fuq il-wiċċ tat-tapit tal-fibra faċilment tinħela f'ambjent umdu, bħalma jinsab fin-nifs uman umdu, [4] li jirriżulta fi tnaqqis fil-kapaċità ta 'assorbiment.
Sabiex tittejjeb aktar il-prestazzjoni tal-filtrazzjoni jew issolvi l-kompromess bejn l-effiċjenza tat-tneħħija u l-waqgħa tal-pressjoni, filtri bbażati fuq nanofibers u microfibers huma kkombinati ma 'materjali high-k, bħal materjali tal-karbonju, oqfsa organiċi tal-metall, u nanopartiċelli PTFE.[4] Madankollu, it-tossiċità bijoloġika inċerta u d-dissipazzjoni ta 'ċarġ ta' dawn l-addittivi għadhom problemi inevitabbli.[4] B'mod partikolari, dawn iż-żewġ tipi ta 'filtri tradizzjonali huma ġeneralment mhux degradabbli, u għalhekk eventwalment se jiġu midfuna f'landfills jew inċinerati wara l-użu.Għalhekk, l-iżvilupp ta 'filtri tal-maskra mtejba biex isolvu dawn il-problemi tal-iskart u fl-istess ħin jaqbdu l-PM b'mod sodisfaċenti u b'saħħtu huwa ħtieġa attwali importanti.
Sabiex issolvi l-problemi ta 'hawn fuq, aħna fabbrikajna filtru tal-membrana Janus integrat ma' twapet tal-mikrofibra u nanofibra bbażati fuq il-poli (butilene succinate) (bbażat fuq PBS)[5].Il-filtru tal-membrana Janus huwa miksi b'chitosan nano whiskers (CsWs) [5] (Figura 1b).Kif nafu lkoll, PBS huwa polimeru bijodegradabbli rappreżentattiv, li jista 'jipproduċi fibra ultrafine u nanofibra mhux minsuġa permezz ta' electrospinning.Fibri fuq skala nano jaqbdu fiżikament il-PM, filwaqt li n-nano-fibri fuq skala mikro inaqqsu l-waqgħa tal-pressjoni u jaġixxu bħala qafas CsW.Chitosan huwa materjal b'bażi bijoloġika li ġie ppruvat li għandu proprjetajiet bijoloġiċi tajbin, inklużi bijokompatibilità, bijodegradabilità u tossiċità relattivament baxxa, [5] li jistgħu jnaqqsu l-ansjetà assoċjata ma 'l-inalazzjoni aċċidentali ta' utenti.[5] Barra minn hekk, chitosan għandu siti katjoniċi u gruppi amide polari.[5] Anke f'kundizzjonijiet umdi, jista 'jiġbed partiċelli ultrafini polari (bħal SO42- u NO3-).
Hawnhekk, nirrapportaw filtru tal-maskra bijodegradabbli, ta 'effiċjenza għolja, li ma jgħaddix umdità u bi pressjoni baxxa bbażat fuq materjali bijodegradabbli faċilment disponibbli.Minħabba l-kombinazzjoni ta 'għarbil fiżiku u adsorbiment elettrostatiku, il-filtru integrat tal-microfiber/nanofiber miksi b'CsW għandu effiċjenza għolja ta' tneħħija tal-PM2.5 (sa 98%), u fl-istess ħin, il-waqgħa massima tal-pressjoni fuq l-eħxen filtru hija biss Huwa 59 Pa, adattat għan-nifs tal-bniedem.Meta mqabbel mad-degradazzjoni sinifikanti tal-prestazzjoni esibita mill-filtru kummerċjali N95, dan il-filtru juri telf negliġibbli tal-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM (<1%) anke meta jkun imxarrab għal kollox, minħabba ċ-ċarġ CsW permanenti.Barra minn hekk, il-filtri tagħna huma kompletament bijodegradabbli f'ħamrija komposta fi żmien 4 ġimgħat.Meta mqabbel ma 'studji oħra b'kunċetti simili, li fihom il-parti tal-filtru hija magħmula minn materjali bijodegradabbli, jew turi prestazzjoni limitata f'applikazzjonijiet potenzjali mhux minsuġa tal-bijopolimeru, [6] dan il-filtru juri direttament il-Bijodegradabilità ta' karatteristiċi avvanzati (film S1, informazzjoni ta 'appoġġ).
Bħala komponent tal-filtru tal-membrana Janus, twapet tan-nanofibra u fibra superfine PBS ġew ippreparati l-ewwel.Għalhekk, 11% u 12% soluzzjonijiet PBS kienu elettrospun biex jipproduċu fibri nanometru u mikrometru, rispettivament, minħabba d-differenza tagħhom fil-viskożità.[7] L-informazzjoni dettaljata tal-karatteristiċi tas-soluzzjoni u l-aħjar kundizzjonijiet ta’ electrospinning huma elenkati fit-Tabelli S1 u S2, fl-informazzjoni ta’ appoġġ.Peress li l-fibra as-spun għadha fiha solvent residwu, banju addizzjonali ta 'koagulazzjoni ta' l-ilma huwa miżjud ma 'apparat tipiku ta' electrospinning, kif muri fil-Figura 2a.Barra minn hekk, il-banju ta 'l-ilma jista' juża wkoll il-qafas biex jiġbor it-tapit tal-fibra PBS pur koagulat, li huwa differenti mill-matriċi solida fl-issettjar tradizzjonali (Figura 2b).[7] Id-dijametri medji tal-fibra tat-twapet tal-mikrofibra u tan-nanofibra huma 2.25 u 0.51 µm, rispettivament, u d-dijametri medji tal-pori huma 13.1 u 3.5 µm, rispettivament (Figura 2c, d).Peress li s-solvent tal-kloroform/etanol 9:1 jevapora malajr wara li jiġi rilaxxat miż-żennuna, id-differenza fil-viskożità bejn 11 u 12 wt% soluzzjonijiet tiżdied malajr (Figura S1, informazzjoni ta 'appoġġ).[7] Għalhekk, differenza fil-konċentrazzjoni ta '1% wt biss tista' tikkawża bidla sinifikanti fid-dijametru tal-fibra.
Qabel ma tiċċekkja l-prestazzjoni tal-filtru (Figura S2, informazzjoni ta 'appoġġ), sabiex tqabbel diversi filtri b'mod raġonevoli, ġew manifatturati nonwovens elettrospun ta' ħxuna standard, minħabba li l-ħxuna hija fattur importanti li jaffettwa d-differenza tal-pressjoni u l-effiċjenza tal-filtrazzjoni tal-prestazzjoni tal-filtru.Peress li l-materjal mhux minsuġ huwa artab u poruż, huwa diffiċli li tiddetermina direttament il-ħxuna ta 'materjali mhux minsuġin elettrospun.Il-ħxuna tad-drapp hija ġeneralment proporzjonali għad-densità tal-wiċċ (piż għal kull unità ta 'żona, piż bażi).Għalhekk, f'dan l-istudju, nużaw il-piż tal-bażi (gm-2) bħala kejl effettiv tal-ħxuna.[8] Il-ħxuna hija kkontrollata billi jinbidel il-ħin tal-electrospinning, kif muri fil-Figura 2e.Hekk kif il-ħin tal-għażil jiżdied minn minuta għal 10 minuti, il-ħxuna tat-tapit tal-microfiber tiżdied għal 0.2, 2.0, 5.2, u 9.1 gm-2, rispettivament.Bl-istess mod, il-ħxuna tat-tapit tan-nanofibra żdiedet għal 0.2, 1.0, 2.5, u 4.8 gm-2, rispettivament.It-twapet tal-mikrofibra u tan-nanofibra huma indikati mill-valuri tal-ħxuna tagħhom (gm-2) bħala: M0.2, M2.0, M5.2 u M9.1, u N0.2, N1.0, N2.5 u N4. 8.
Id-differenza fil-pressjoni tal-arja (ΔP) tal-kampjun kollu hija indikatur importanti tal-prestazzjoni tal-filtru.[9] Nifs minn ġo filtru bi tnaqqis fil-pressjoni għolja huwa skomdu għall-utent.Naturalment, huwa osservat li l-waqgħa tal-pressjoni tiżdied hekk kif tiżdied il-ħxuna tal-filtru, kif muri fil-Figura S3, informazzjoni ta 'appoġġ.It-tapit tan-nanofibra (N4.8) juri tnaqqis fil-pressjoni ogħla mit-tapit tal-mikrofibra (M5.2) bi ħxuna komparabbli minħabba li t-tapit tan-nanofibra għandu pori iżgħar.Hekk kif l-arja tgħaddi mill-filtru b'veloċità bejn 0.5 u 13.2 ms-1, il-waqgħa tal-pressjoni taż-żewġ tipi differenti ta 'filtri tiżdied gradwalment minn 101 Pa għal 102 Pa. Il-ħxuna għandha tiġi ottimizzata biex tibbilanċja l-waqgħa tal-pressjoni u t-tneħħija tal-PM effiċjenza;veloċità ta 'l-arja ta' 1.0 ms-1 hija raġonevoli minħabba li l-ħin li jieħu biex il-bnedmin jieħdu n-nifs minn ġol-ħalq huwa ta 'madwar 1.3 ms-1.[10] F'dan ir-rigward, il-waqgħa tal-pressjoni ta 'M5.2 u N4.8 hija aċċettabbli f'veloċità ta' l-arja ta '1.0 ms-1 (inqas minn 50 Pa) (Figura S4, informazzjoni ta' appoġġ).Jekk jogħġbok innota li l-waqgħa tal-pressjoni ta 'N95 u maskri simili tal-filtru Korean standard (KF94) hija 50 sa 70 Pa, rispettivament.Aktar ipproċessar CsW u integrazzjoni tal-mikro/nano filtru jistgħu jżidu r-reżistenza tal-arja;għalhekk, sabiex nipprovdu marġini ta 'waqgħa tal-pressjoni, analizzajna N2.5 u M2.0 qabel analizzajna M5.2 u N4.8.
B'veloċità ta 'l-arja fil-mira ta' 1.0 ms-1, l-effiċjenza tat-tneħħija ta 'PM1.0, PM2.5, u PM10 ta' microfiber PBS u twapet nanofiber ġiet studjata mingħajr ħlas statiku (Figura S5, informazzjoni ta 'appoġġ).Huwa osservat li l-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM ġeneralment tiżdied biż-żieda fil-ħxuna u d-daqs tal-PM.L-effiċjenza tat-tneħħija ta 'N2.5 hija aħjar minn M2.0 minħabba l-pori iżgħar tagħha.L-effiċjenzi tat-tneħħija ta 'M2.0 għal PM1.0, PM2.5 u PM10 kienu 55.5%, 64.6% u 78.8%, rispettivament, filwaqt li l-valuri simili ta' N2.5 kienu 71.9%, 80.1% u 89.6% (Figura 2f).Aħna ndunat li l-akbar differenza fl-effiċjenza bejn M2.0 u N2.5 hija PM1.0, li tindika li l-għarbil fiżiku tal-malji tal-microfiber huwa effettiv għal PM fil-livell tal-mikron, iżda mhuwiex effettiv għal PM fil-livell nano (Figura S6, informazzjoni ta 'appoġġ)., M2.0 u N2.5 it-tnejn juru kapaċità baxxa ta 'qbid tal-PM ta' inqas minn 90%.Barra minn hekk, N2.5 jista 'jkun aktar suxxettibbli għat-trab minn M2.0, minħabba li l-partiċelli tat-trab jistgħu faċilment jimblukkaw il-pori iżgħar ta' N2.5.Fin-nuqqas ta 'ċarġ statiku, l-għarbil fiżiku huwa limitat fil-kapaċità tiegħu li jikseb il-waqgħa tal-pressjoni meħtieġa u l-effiċjenza tat-tneħħija fl-istess ħin minħabba r-relazzjoni ta' kompromess bejniethom.
L-assorbiment elettrostatiku huwa l-aktar metodu użat biex jinqabad PM b'mod effiċjenti.[11] Ġeneralment, iċ-ċarġ statiku jiġi applikat bil-forza għall-filtru mhux minsuġ permezz ta 'kamp elettriku ta' enerġija għolja;madankollu, din it-tagħbija statika tinħela faċilment taħt kundizzjonijiet umdi, li tirriżulta fit-telf tal-kapaċità tal-qbid tal-PM.[4] Bħala materjal ibbażat fuq il-bijo għall-filtrazzjoni elettrostatika, introduċejna 200 nm twil u 40 nm wiesa 'CsW;minħabba l-gruppi ta 'l-ammonju tagħhom u l-gruppi ta' amide polari, dawn in-nanowhiskers fihom karigi katjoniċi permanenti.Il-ħlas pożittiv disponibbli fuq il-wiċċ ta 'CsW huwa rappreżentat mill-potenzjal zeta tiegħu (ZP);CsW huwa mxerred fl-ilma b'pH ta '4.8, u ZP tagħhom jinstab li huwa + 49.8 mV (Figura S7, informazzjoni ta' appoġġ).
Microfibers PBS miksija b'CsW (ChMs) u nanofibers (ChNs) ġew ippreparati b'kisja dip sempliċi f'0.2 wt% dispersjoni ta 'ilma CsW, li hija l-konċentrazzjoni xierqa biex twaħħal l-ammont massimu ta' CsWs mal-wiċċ tal-fibri PBS, kif muri fil- figura murija fil-figura 3a u l-figura S8, informazzjoni ta 'appoġġ.L-immaġni tal-ispettroskopija tar-raġġi-X (EDS) dispersive tal-enerġija tan-nitroġenu turi li l-wiċċ tal-fibra PBS huwa miksi b'mod uniformi b'partiċelli CsW, li huwa evidenti wkoll fl-immaġni tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (SEM) (Figura 3b; Figura S9, informazzjoni ta 'appoġġ) .Barra minn hekk, dan il-metodu tal-kisi Dan jippermetti li n-nanomaterjali ċċarġjati jkebbew b'mod fin il-wiċċ tal-fibra, u b'hekk jimmassimizzaw il-kapaċità ta 'tneħħija tal-PM elettrostatika (Figura S10, informazzjoni ta' appoġġ).
L-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM ta 'ChM u ChN ġiet studjata (Figura 3c).M2.0 u N2.5 ġew miksija b'CsW biex jipproduċu ChM2.0 u ChN2.5, rispettivament.L-effiċjenzi tat-tneħħija ta 'ChM2.0 għal PM1.0, PM2.5 u PM10 kienu 70.1%, 78.8% u 86.3%, rispettivament, filwaqt li l-valuri simili ta' ChN2.5 kienu 77.0%, 87.7% u 94.6% rispettivament.Il-kisi CsW itejjeb ħafna l-effiċjenza tat-tneħħija ta 'M2.0 u N2.5, u l-effett osservat għal PM kemmxejn iżgħar huwa aktar sinifikanti.B'mod partikolari, in-nanowhiskers ta 'chitosan żiedu l-effiċjenza tat-tneħħija ta' PM0.5 u PM1.0 ta 'M2.0 bi 15% u 13%, rispettivament (Figura S11, informazzjoni ta' appoġġ).Għalkemm M2.0 huwa diffiċli li teskludi l-iżgħar PM1.0 minħabba l-ispazjar tal-fibril relattivament wiesa' tagħha (Figura 2c), ChM2.0 jassorbi PM1.0 minħabba li l-cations u l-amidi f'CsWs jgħaddu minn jone-jone, li jgħaqqad l-interazzjoni Pol-jone. , u interazzjoni dipol-dipol mat-trab.Minħabba l-kisja CsW tagħha, l-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM ta 'ChM2.0 u ChN2.5 hija għolja daqs dik ta' M5.2 u N4.8 eħxen (Tabella S3, informazzjoni ta 'appoġġ).
Interessanti, għalkemm l-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM hija mtejba ħafna, il-kisja CsW bilkemm taffettwa l-waqgħa tal-pressjoni.Il-waqgħa tal-pressjoni ta 'ChM2.0 u ChN2.5 żdiedet bi ftit għal 15 u 23 Pa, kważi nofs iż-żieda osservata għal M5.2 u N4.8 (Figura 3d; Tabella S3, informazzjoni ta' appoġġ).Għalhekk, il-kisi b'materjali b'bażi bijoloġika huwa metodu adattat biex jissodisfa r-rekwiżiti tal-prestazzjoni ta 'żewġ filtri bażiċi;jiġifieri, l-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM u d-differenza fil-pressjoni tal-arja, li jeskludu lil xulxin.Madankollu, l-effiċjenza tat-tneħħija ta 'PM1.0 u PM2.5 ta' ChM2.0 u ChN2.5 huma t-tnejn inqas minn 90%;ovvjament, din il-prestazzjoni trid titjieb.
Sistema ta 'filtrazzjoni integrata magħmula minn membrani multipli b'dijametri tal-fibri li jinbidlu gradwalment u daqsijiet tal-pori tista' ssolvi l-problemi ta 'hawn fuq [12].Il-filtru ta 'l-arja integrat għandu l-vantaġġi ta' żewġ nanofibri differenti u xbieki ta 'fibra superfine.F'dan ir-rigward, ChM u ChN huma sempliċement f'munzelli biex jipproduċu filtri integrati (Int-MNs).Pereżempju, Int-MN4.5 huwa ppreparat bl-użu ta 'ChM2.0 u ChN2.5, u l-prestazzjoni tiegħu hija mqabbla ma' ChN4.8 u ChM5.2 li għandhom densitajiet ta 'żona simili (jiġifieri ħxuna).Fl-esperiment tal-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM, in-naħa tal-fibra ultrafina ta 'Int-MN4.5 kienet esposta fil-kamra tat-trab minħabba li n-naħa tal-fibra ultrafina kienet aktar reżistenti għall-imblukkar min-naħa tan-nanofiber.Kif muri fil-Figura 4a, Int-MN4.5 juri effiċjenza aħjar tat-tneħħija tal-PM u differenza fil-pressjoni minn żewġ filtri b'komponent wieħed, bi tnaqqis fil-pressjoni ta '37 Pa, li huwa simili għal ChM5.2 u ħafna inqas minn ChM5.2 ChN4.8. Barra minn hekk, l-effiċjenza tat-tneħħija tal-PM1.0 ta 'Int-MN4.5 hija 91% (Figura 4b).Min-naħa l-oħra, ChM5.2 ma werax effiċjenza ta 'tneħħija ta' PM1.0 daqshekk għolja minħabba li l-pori tiegħu huma akbar minn dawk ta 'Int-MN4.5.
Ħin tal-post: Nov-03-2021
