Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Կորեայի Քիմիական Տեխնոլոգիաների Ինստիտուտի (KRICT) Կենսաբանության վրա հիմնված քիմիայի հետազոտական կենտրոն, Ուլսան, 44429, Կորեայի Հանրապետություն
Ընդլայնված նյութեր և քիմիական ճարտարագիտություն, Գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարան (UST), Daejeon, 34113 Կորեայի Հանրապետություն
Օգտագործեք ստորև բերված հղումը՝ այս հոդվածի ամբողջական տեքստային տարբերակը ձեր ընկերների և գործընկերների հետ կիսելու համար:իմանալ ավելին:
Կորոնավիրուսի համաճարակի և օդում առկա մասնիկների (PM) հետ կապված խնդիրների պատճառով դիմակների պահանջարկը երկրաչափական չափով աճել է։Այնուամենայնիվ, ստատիկ էլեկտրաէներգիայի և նանո մաղի վրա հիմնված դիմակների ավանդական զտիչները բոլորը մեկանգամյա օգտագործման, չքայքայվող կամ վերամշակելի են, ինչը լուրջ խնդիրներ կառաջացնի թափոնների հետ:Բացի այդ, առաջինը կկորցնի իր գործառույթը խոնավ պայմաններում, մինչդեռ երկրորդը կգործի օդի ճնշման զգալի անկմամբ և ծակոտիների համեմատաբար արագ խցանումներ:Այստեղ մշակվել է կենսաքայքայվող, խոնավության դիմացկուն, բարձր շնչառական, բարձր արդյունավետությամբ մանրաթելային դիմակ ֆիլտր:Մի խոսքով, երկու կենսաքայքայվող ուլտրամանրաթելեր և նանոմանրաթելային գորգեր ինտեգրված են Janus թաղանթային ֆիլտրի մեջ, այնուհետև պատված են կատիոնային լիցքավորված չիտոզանի նանովիսկերով:Այս զտիչը նույնքան արդյունավետ է, որքան առևտրային N95 ֆիլտրը և կարող է հեռացնել 2,5 մկմ PM-ի 98,3%-ը:Նանոմանրաթելերը ֆիզիկապես զննում են մանր մասնիկները, իսկ գերմանրաթելերն ապահովում են 59 Պա ցածր ճնշման տարբերություն, ինչը հարմար է մարդու շնչառության համար:Հակառակ առևտրային N95 ֆիլտրերի կատարողականի կտրուկ անկմանը, երբ ենթարկվում է խոնավության, այս ֆիլտրի արդյունավետության կորուստը աննշան է, ուստի այն կարող է օգտագործվել մի քանի անգամ, քանի որ խիտոզանի մշտական դիպոլը կլանում է ծայրահեղ նուրբ PM (օրինակ՝ ազոտ):Եվ ծծմբի օքսիդներ):Կարևոր է, որ այս ֆիլտրը ամբողջությամբ քայքայվի կոմպոստացված հողում 4 շաբաթվա ընթացքում:
Ընթացիկ աննախադեպ կորոնավիրուսային համաճարակը (COVID-19) առաջացնում է դիմակների հսկայական պահանջարկ։[1] Առողջապահության համաշխարհային կազմակերպությունը (ԱՀԿ) գնահատում է, որ այս տարի ամեն ամիս անհրաժեշտ է 89 միլիոն բժշկական դիմակ։[1] Առողջապահության ոլորտի մասնագետներին ոչ միայն անհրաժեշտ են բարձր արդյունավետությամբ N95 դիմակներ, այլև բոլոր անհատների համար ընդհանուր նշանակության դիմակները դարձել են նաև ամենօրյա անփոխարինելի սարք՝ այս շնչառական վարակիչ հիվանդության կանխարգելման համար։[1] Բացի այդ, համապատասխան նախարարությունները խստորեն խորհուրդ են տալիս ամեն օր օգտագործել մեկանգամյա օգտագործման դիմակներ, [1] դա հանգեցրել է բնապահպանական խնդիրների՝ կապված դիմակների մեծ քանակությամբ թափոնների հետ։
Քանի որ մասնիկները (PM) ներկայումս օդի աղտոտվածության ամենախնդրահարույց խնդիրն են, դիմակները դարձել են անհատների համար հասանելի ամենաարդյունավետ հակաքայլը:PM-ը բաժանվում է PM2.5 և PM10՝ ըստ մասնիկների չափի (համապատասխանաբար 2.5 և 10μm), ինչը տարբեր ձևերով լրջորեն ազդում է բնական միջավայրի [2] և մարդու կյանքի որակի վրա։[2] Ամեն տարի PM-ն առաջացնում է 4,2 միլիոն մահվան և 103,1 միլիոն հաշմանդամության ճշգրտված կյանքի տարիներ:[2] PM2.5-ը հատկապես լուրջ վտանգ է ներկայացնում առողջության համար և պաշտոնապես նշվում է որպես I խմբի քաղցկեղածին:[2] Հետևաբար, ժամանակին և կարևոր է հետազոտել և մշակել արդյունավետ դիմակ զտիչ օդի թափանցելիության և PM հեռացման տեսանկյունից:[3]
Ընդհանուր առմամբ, ավանդական մանրաթելային զտիչները PM-ը գրավում են երկու տարբեր եղանակներով՝ նանոմանրաթելերի վրա հիմնված ֆիզիկական մաղման միջոցով և միկրոֆիբրերի վրա հիմնված էլեկտրաստատիկ կլանման միջոցով (Նկար 1ա):Նանոմանրաթելերի վրա հիմնված ֆիլտրերի, հատկապես էլեկտրամանած նանոմանրաթելային գորգերի օգտագործումը ապացուցել է, որ արդյունավետ ռազմավարություն է PM-ը հեռացնելու համար, ինչը մեծ քանակությամբ նյութերի առկայության և արտադրանքի վերահսկելի կառուցվածքի արդյունք է:[3] Նանոմանրաթելային գորգը կարող է հեռացնել նպատակային չափի մասնիկները, ինչը պայմանավորված է մասնիկների և ծակոտիների չափերի տարբերությամբ:[3] Այնուամենայնիվ, նանոմաշտաբով մանրաթելերը պետք է խիտ կուտակվեն՝ չափազանց փոքր ծակոտիներ ձևավորելու համար, որոնք վնասակար են մարդու հարմարավետ շնչառության համար՝ կապված բարձր ճնշման տարբերության պատճառով:Բացի այդ, փոքր անցքերը անխուսափելիորեն կփակվեն համեմատաբար արագ:
Մյուս կողմից, հալված ծայրահեղ նուրբ մանրաթելային գորգը էլեկտրաստատիկորեն լիցքավորվում է բարձր էներգիայի էլեկտրական դաշտի միջոցով, և շատ փոքր մասնիկները գրավվում են էլեկտրաստատիկ կլանման միջոցով:[4] Որպես ներկայացուցչական օրինակ՝ N95 ռեսպիրատորը մասնիկներով ֆիլտրող դեմքի դիմակային ռեսպիրատոր է, որը համապատասխանում է Աշխատանքի անվտանգության և առողջության ազգային ինստիտուտի պահանջներին, քանի որ այն կարող է զտել օդակաթիլային մասնիկների առնվազն 95%-ը։Այս տեսակի ֆիլտրը կլանում է ծայրահեղ նուրբ PM, որը սովորաբար կազմված է անիոնային նյութերից, ինչպիսիք են SO42− և NO3−՝ ուժեղ էլեկտրաստատիկ ձգողության միջոցով։Այնուամենայնիվ, մանրաթելային ներքնակի մակերևույթի ստատիկ լիցքը հեշտությամբ ցրվում է խոնավ միջավայրում, ինչպիսին է մարդու խոնավ շնչառությունը [4], ինչը հանգեցնում է կլանման կարողության նվազմանը։
Զտման արդյունավետությունը հետագայում բարելավելու կամ հեռացման արդյունավետության և ճնշման անկման միջև փոխզիջումը լուծելու համար նանոմանրաթելերի և միկրոմանրաթելերի վրա հիմնված զտիչները համակցվում են բարձր k-ի նյութերի հետ, ինչպիսիք են ածխածնային նյութերը, մետաղական օրգանական շրջանակները և PTFE նանոմասնիկները:[4] Այնուամենայնիվ, այս հավելումների անորոշ կենսաբանական թունավորությունը և լիցքի ցրումը դեռևս անխուսափելի խնդիրներ են։[4] Մասնավորապես, ավանդական ֆիլտրերի այս երկու տեսակները սովորաբար չեն քայքայվում, ուստի դրանք ի վերջո կթաղվեն աղբավայրերում կամ այրվեն օգտագործելուց հետո:Հետևաբար, դիմակների բարելավված ֆիլտրերի մշակումը այս թափոնների խնդիրները լուծելու և միևնույն ժամանակ PM-ը բավարար և հզոր ձևով գրավելու համար կարևոր ընթացիկ կարիք է:
Վերոնշյալ խնդիրները լուծելու համար մենք արտադրել ենք Janus թաղանթային ֆիլտր՝ ինտեգրված պոլի(բուտիլենային սուկցինատ) վրա հիմնված (PBS-ի վրա հիմնված)[5] միկրոֆիբրային և նանոմանրաթելային գորգերի հետ:Janus թաղանթային ֆիլտրը պատված է չիտոզան նանո բեղերով (CsWs) [5] (Նկար 1b):Ինչպես մենք բոլորս գիտենք, PBS-ը ներկայացուցչական կենսաքայքայվող պոլիմեր է, որը կարող է արտադրել ծայրահեղ նուրբ մանրաթելեր և նանոմանրաթելային ոչ հյուսված նյութեր էլեկտրամանման միջոցով:Նանոմաշտաբով մանրաթելերը ֆիզիկապես փակում են PM-ը, մինչդեռ միկրոմաշտաբով նանո մանրաթելերը նվազեցնում են ճնշման անկումը և գործում են որպես CsW շրջանակ:Chitosan-ը կենսաբանական հիմքով նյութ է, որն ապացուցված է, որ ունի լավ կենսաբանական հատկություններ, ներառյալ կենսահամատեղելիությունը, կենսաքայքայվողությունը և համեմատաբար ցածր թունավորությունը, [5], ինչը կարող է նվազեցնել օգտագործողների պատահական ինհալացիայի հետ կապված անհանգստությունը:[5] Բացի այդ, chitosan-ն ունի կատիոնային տեղամասեր և բևեռային ամիդային խմբեր։[5] Նույնիսկ խոնավ պայմաններում, այն կարող է գրավել բևեռային գերմանր մասնիկներ (օրինակ՝ SO42- և NO3-)։
Այստեղ մենք զեկուցում ենք կենսաքայքայվող, բարձր արդյունավետության, խոնավության դիմացկուն և ցածր ճնշման անկման դիմակի ֆիլտրի մասին, որը հիմնված է հեշտությամբ հասանելի կենսաքայքայվող նյութերի վրա:Ֆիզիկական մաղման և էլեկտրաստատիկ կլանման համակցման շնորհիվ CsW-ով ծածկված միկրոֆիբր/նանոմանրաթելային ինտեգրված ֆիլտրն ունի PM2.5-ի հեռացման բարձր արդյունավետություն (մինչև 98%), և միևնույն ժամանակ, առավելագույն ճնշման անկումը ամենախիտ ֆիլտրի վրա է: միայն Այն 59 Պա է, հարմար է մարդու շնչառության համար:Համեմատած N95 առևտրային ֆիլտրի կողմից դրսևորված արդյունավետության զգալի անկման հետ՝ այս ֆիլտրը ցուցադրում է PM հեռացման արդյունավետության աննշան կորուստ (<1%), նույնիսկ երբ ամբողջովին թաց է, մշտական CsW լիցքավորման պատճառով:Բացի այդ, մեր զտիչները լիովին կենսաքայքայվում են կոմպոստացված հողում 4 շաբաթվա ընթացքում:Համեմատած նմանատիպ հայեցակարգերով այլ հետազոտությունների հետ, որոնցում ֆիլտրի մասը կազմված է կենսաքայքայվող նյութերից կամ ցուցադրում է սահմանափակ գործունակություն պոտենցիալ բիոպոլիմերային ոչ հյուսված կիրառություններում, [6] այս ֆիլտրն ուղղակիորեն ցույց է տալիս առաջադեմ առանձնահատկությունների կենսաքայքայելիությունը (ֆիլմ S1, օժանդակ տեղեկատվություն):
Որպես Janus մեմբրանային ֆիլտրի բաղադրիչ, նախ պատրաստվել են նանոմանրաթելային և գերմանրաթելային PBS գորգեր:Հետևաբար, 11% և 12% PBS լուծույթները էլեկտրամանվել են՝ համապատասխանաբար նանոմետրային և միկրոմետրային մանրաթելեր ստանալու համար՝ պայմանավորված նրանց մածուցիկության տարբերությամբ:[7] Լուծման բնութագրերի և էլեկտրամանրման օպտիմալ պայմանների մասին մանրամասն տեղեկատվությունը ներկայացված է S1 և S2 աղյուսակներում՝ օժանդակ տեղեկատվության մեջ:Քանի որ պտտվող մանրաթելը դեռ պարունակում է մնացորդային լուծիչ, լրացուցիչ ջրային կոագուլյացիայի բաղնիք ավելացվում է տիպիկ էլեկտրամանող սարքին, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2ա-ում:Բացի այդ, ջրային բաղնիքը կարող է նաև օգտագործել շրջանակը՝ կոագուլյացված մաքուր PBS մանրաթելից գորգը հավաքելու համար, որը տարբերվում է պինդ մատրիցից ավանդական միջավայրում (Նկար 2b):[7] Միկրոֆիբրերի և նանոմանրաթելերի գորգերի միջին մանրաթելերի տրամագիծը համապատասխանաբար 2,25 և 0,51 մկմ է, իսկ ծակոտիների միջին տրամագիծը համապատասխանաբար 13,1 և 3,5 մկմ է (Նկար 2c, d):Քանի որ 9:1 քլորոֆորմ/էթանոլ լուծիչը արագորեն գոլորշիանում է վարդակից դուրս գալուց հետո, մածուցիկության տարբերությունը 11 և 12 wt% լուծույթների միջև արագորեն մեծանում է (Նկար S1, օժանդակ տեղեկատվություն):[7] Հետևաբար, միայն 1 wt% կոնցենտրացիայի տարբերությունը կարող է առաջացնել մանրաթելի տրամագծի զգալի փոփոխություն։
Նախքան ֆիլտրի աշխատանքը ստուգելը (Նկար S2, օժանդակ տեղեկատվություն), տարբեր ֆիլտրերը ողջամտորեն համեմատելու համար արտադրվել են ստանդարտ հաստության էլեկտրամանած չհյուսված նյութեր, քանի որ հաստությունը կարևոր գործոն է, որն ազդում է ֆիլտրի աշխատանքի ճնշման տարբերության և ֆիլտրման արդյունավետության վրա:Քանի որ չհյուսվածները փափուկ և ծակոտկեն են, դժվար է ուղղակիորեն որոշել էլեկտրամանած չհյուսվածի հաստությունը:Գործվածքի հաստությունը ընդհանուր առմամբ համաչափ է մակերեսի խտությանը (քաշը մեկ միավորի մակերեսի վրա, հիմնական քաշը):Հետևաբար, այս ուսումնասիրության մեջ մենք օգտագործում ենք հիմնական քաշը (gm-2) որպես հաստության արդյունավետ չափում:[8] Հաստությունը վերահսկվում է էլեկտրամանման ժամանակի փոփոխությամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2e-ում:Քանի որ պտտման ժամանակը 1 րոպեից հասնում է 10 րոպեի, միկրոֆիբրային ծածկույթի հաստությունը համապատասխանաբար մեծանում է մինչև 0,2, 2,0, 5,2 և 9,1 գմ-2:Նույն կերպ, նանոմանրաթելային գորգի հաստությունը ավելացվել է համապատասխանաբար մինչև 0,2, 1,0, 2,5 և 4,8 գմ-2։Միկրոմանրաթելային և նանոմանրաթելային գորգերը նշանակվում են իրենց հաստության արժեքներով (gm-2)՝ M0.2, M2.0, M5.2 և M9.1, և N0.2, N1.0, N2.5 և N4: 8.
Ամբողջ նմուշի օդի ճնշման տարբերությունը (ΔP) ֆիլտրի աշխատանքի կարևոր ցուցանիշ է:[9] Բարձր ճնշման անկումով ֆիլտրով շնչելը անհարմար է օգտագործողի համար։Բնականաբար, նկատվում է, որ ճնշման անկումը մեծանում է, քանի որ ֆիլտրի հաստությունը մեծանում է, ինչպես ցույց է տրված Նկար S3-ում, որն ապահովում է տեղեկատվություն:Նանոմանրաթելային գորգը (N4.8) ցույց է տալիս ավելի բարձր ճնշման անկում, քան միկրոֆիբրային (M5.2) ծածկը համադրելի հաստությամբ, քանի որ նանոմանրաթելային ներքնակն ավելի փոքր ծակոտիներ ունի:Երբ օդը անցնում է ֆիլտրով 0,5-ից 13,2 ms-1 արագությամբ, երկու տարբեր տեսակի ֆիլտրերի ճնշման անկումը աստիճանաբար աճում է 101 Պա-ից մինչև 102 Պա: Հաստությունը պետք է օպտիմալացվի ճնշման անկումը և PM հեռացումը հավասարակշռելու համար: արդյունավետություն;1.0 ms-1 օդի արագությունը ողջամիտ է, քանի որ մարդկանց բերանով շնչելու ժամանակը կազմում է մոտ 1.3 ms-1:[10] Այս առումով M5.2-ի և N4.8-ի ճնշման անկումը ընդունելի է 1.0 ms-1 (50 Պա-ից պակաս) օդի արագության դեպքում (Նկար S4, օժանդակ տեղեկատվություն):Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ N95 և նմանատիպ կորեական ֆիլտրի ստանդարտ (KF94) դիմակների ճնշման անկումը համապատասխանաբար 50-ից 70 Պա է:CsW-ի հետագա մշակումը և միկրո/նանո ֆիլտրի ինտեգրումը կարող են մեծացնել օդի դիմադրությունը;հետևաբար, ճնշման անկման մարժան ապահովելու համար մենք վերլուծել ենք N2.5 և M2.0 նախքան M5.2 և N4.8 վերլուծությունը:
1.0 ms-1 օդի թիրախային արագության դեպքում ուսումնասիրվել է PBS միկրոֆիբրից և նանոմանրաթելից PM1.0, PM2.5 և PM10-ի հեռացման արդյունավետությունը առանց ստատիկ լիցքի (Նկար S5, օժանդակ տեղեկատվություն):Նկատվում է, որ PM-ի հեռացման արդյունավետությունը հիմնականում մեծանում է հաստության և PM-ի չափի մեծացման հետ:N2.5-ի հեռացման արդյունավետությունը ավելի լավ է, քան M2.0-ը՝ իր ավելի փոքր ծակոտիների պատճառով:M2.0-ի հեռացման արդյունավետությունը PM1.0-ի, PM2.5-ի և PM10-ի համար կազմել է համապատասխանաբար 55.5%, 64.6% և 78.8%, մինչդեռ N2.5-ի համանման արժեքները կազմել են 71.9%, 80.1% և 89.6% (Նկար: 2 զ).Մենք նկատեցինք, որ M2.0-ի և N2.5-ի միջև արդյունավետության ամենամեծ տարբերությունը PM1.0-ն է, ինչը ցույց է տալիս, որ միկրոֆիբրային ցանցի ֆիզիկական մաղումը արդյունավետ է միկրոն մակարդակի PM-ի համար, բայց արդյունավետ չէ նանո մակարդակի PM-ի համար (Նկար S6, օժանդակ տեղեկատվություն):, M2.0 և N2.5 երկուսն էլ ցույց են տալիս ցածր PM գրավման ունակություն 90% -ից պակաս:Բացի այդ, N2.5-ը կարող է ավելի զգայուն լինել փոշու նկատմամբ, քան M2.0-ը, քանի որ փոշու մասնիկները հեշտությամբ կարող են արգելափակել N2.5-ի փոքր ծակոտիները:Ստատիկ լիցքի բացակայության դեպքում ֆիզիկական մաղումը սահմանափակվում է ճնշման պահանջվող անկման և միաժամանակ հեռացման արդյունավետության հասնելու ունակությամբ՝ դրանց միջև փոխզիջման հարաբերությունների պատճառով:
Էլեկտրաստատիկ ադսորբցիան ամենաշատ օգտագործվող մեթոդն է PM արդյունավետ կերպով գրավելու համար:[11] Ընդհանրապես, ստատիկ լիցքը ստիպողաբար կիրառվում է ոչ հյուսված ֆիլտրի վրա բարձր էներգիայի էլեկտրական դաշտի միջոցով.Այնուամենայնիվ, այս ստատիկ լիցքը հեշտությամբ ցրվում է խոնավ պայմաններում, ինչը հանգեցնում է PM գրավելու կարողության կորստի:[4] Որպես էլեկտրաստատիկ ֆիլտրման համար կենսաբանական նյութ, մենք ներկայացրել ենք 200 նմ երկարություն և 40 նմ լայնություն CsW;Իրենց ամոնիումային խմբերի և բևեռային ամիդային խմբերի շնորհիվ այս նանոբեղիկները պարունակում են մշտական կատիոնային լիցքեր:CsW-ի մակերեսի առկա դրական լիցքը ներկայացված է նրա զետա պոտենցիալով (ZP);CsW-ը ցրվում է 4,8 pH-ով ջրի մեջ, և նրանց ZP-ն +49,8 մՎ է (Նկար S7, օժանդակ տեղեկատվություն):
CsW-ով պատված PBS միկրոթելերը (ChMs) և նանոմանրաթելերը (ChNs) պատրաստվել են պարզ ներծծման միջոցով 0.2 wt% CsW ջրի ցրման մեջ, որը համապատասխան կոնցենտրացիան է առավելագույն քանակությամբ CsWs PBS մանրաթելերի մակերեսին կցելու համար, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Նկար Ցուցադրված է Նկար 3ա-ում և Նկար S8-ում՝ օժանդակող տեղեկատվություն:Ազոտի էներգիայի ցրման ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի (EDS) պատկերը ցույց է տալիս, որ PBS մանրաթելի մակերեսը միատեսակ պատված է CsW մասնիկներով, ինչը նույնպես ակնհայտ է սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պատկերում (Նկար 3b; Նկար S9, օժանդակ տեղեկատվություն) .Բացի այդ, այս ծածկույթի այս մեթոդը թույլ է տալիս լիցքավորված նանոնյութերին մանրաթելերի մակերեսը լավ փաթաթել՝ դրանով իսկ առավելագույնի հասցնելով էլեկտրաստատիկ PM-ի հեռացման հնարավորությունը (Նկար S10, օժանդակ տեղեկատվություն):
Ուսումնասիրվել է ChM-ի և ChN-ի PM հեռացման արդյունավետությունը (Նկար 3c):M2.0-ը և N2.5-ը պատվել են CsW-ով` համապատասխանաբար ChM2.0 և ChN2.5 արտադրելու համար:ChM2.0-ի հեռացման արդյունավետությունը PM1.0-ի, PM2.5-ի և PM10-ի համար կազմել է համապատասխանաբար 70.1%, 78.8% և 86.3%, մինչդեռ ChN2.5-ի համանման արժեքները եղել են համապատասխանաբար 77.0%, 87.7% և 94.6%:CsW ծածկույթը զգալիորեն բարելավում է M2.0-ի և N2.5-ի հեռացման արդյունավետությունը, և մի փոքր ավելի փոքր PM-ի դեպքում նկատվող ազդեցությունն ավելի նշանակալի է:Մասնավորապես, chitosan nanohiskers-ը բարձրացրել է M2.0-ի PM0.5-ի և PM1.0-ի հեռացման արդյունավետությունը համապատասխանաբար 15% և 13%-ով (Նկար S11, օժանդակ տեղեկատվություն):Թեև M2.0-ը դժվար է բացառել ավելի փոքր PM1.0-ը՝ իր համեմատաբար լայն մանրաթելային տարածության պատճառով (Նկար 2c), ChM2.0-ը կլանում է PM1.0-ը, քանի որ CsW-ի կատիոններն ու ամիդներն անցնում են իոն-իոնով՝ միացնելով բևեռ-իոնների փոխազդեցությունը: , և դիպոլ-դիպոլ փոխազդեցությունը փոշու հետ։CsW ծածկույթի շնորհիվ ChM2.0-ի և ChN2.5-ի PM-ի հեռացման արդյունավետությունը նույնքան բարձր է, որքան ավելի հաստ M5.2-ը և N4.8-ը (Աղյուսակ S3, օժանդակ տեղեկատվություն):
Հետաքրքիր է, որ չնայած PM հեռացման արդյունավետությունը զգալիորեն բարելավվել է, CsW ծածկույթը գրեթե չի ազդում ճնշման անկման վրա:ChM2.0-ի և ChN2.5-ի ճնշման անկումը փոքր-ինչ ավելացել է մինչև 15 և 23 Pa, ինչը գրեթե կեսն է M5.2-ի և N4.8-ի համար նկատված աճի գրեթե կեսը (Նկար 3d; Աղյուսակ S3, օժանդակ տեղեկատվություն):Հետևաբար, կենսաբանական հիմքով նյութերով ծածկելը հարմար մեթոդ է երկու հիմնական ֆիլտրերի կատարողական պահանջները բավարարելու համար.այն է՝ PM հեռացման արդյունավետությունը և օդի ճնշման տարբերությունը, որոնք փոխադարձաբար բացառվում են։Այնուամենայնիվ, ChM2.0-ի և ChN2.5-ի PM1.0 և PM2.5 հեռացման արդյունավետությունը երկուսն էլ ցածր են 90%-ից;ակնհայտ է, որ այս ցուցանիշը բարելավման կարիք ունի:
Աստիճանաբար փոփոխվող մանրաթելերի տրամագծերով և ծակոտիների չափսերով մի քանի թաղանթներից կազմված ինտեգրված ֆիլտրման համակարգը կարող է լուծել վերը նշված խնդիրները [12]:Ինտեգրված օդային զտիչն ունի երկու տարբեր նանո մանրաթելերի և մանրաթելերի գերնուրբ ցանցերի առավելությունները:Այս առումով, ChM-ը և ChN-ը պարզապես կուտակված են՝ արտադրելու ինտեգրված զտիչներ (Int-MNs):Օրինակ, Int-MN4.5-ը պատրաստվում է ChM2.0-ի և ChN2.5-ի միջոցով, և դրա կատարումը համեմատվում է ChN4.8-ի և ChM5.2-ի հետ, որոնք ունեն նմանատիպ տարածքային խտություններ (այսինքն՝ հաստություն):PM հեռացման արդյունավետության փորձի ժամանակ Int-MN4.5-ի ծայրահեղ նուրբ մանրաթելային կողմը բացահայտվեց փոշոտ սենյակում, քանի որ գերմանրաթելերի կողմն ավելի դիմացկուն էր խցանման նկատմամբ, քան նանոմանրաթելային կողմը:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 4ա-ում, Int-MN4.5-ը ցույց է տալիս PM-ի հեռացման ավելի լավ արդյունավետություն և ճնշման տարբերություն, քան երկու մեկ բաղադրիչ ֆիլտրերը՝ 37 Պա ճնշման անկմամբ, որը նման է ChM5.2-ին և շատ ավելի ցածր, քան ChM5.2 ChN4-ը:8. Բացի այդ, Int-MN4.5-ի PM1.0-ի հեռացման արդյունավետությունը 91% է (Նկար 4b):Մյուս կողմից, ChM5.2-ը ցույց չի տվել PM1.0-ի հեռացման այդքան բարձր արդյունավետություն, քանի որ դրա ծակոտիներն ավելի մեծ են, քան Int-MN4.5-ի ծակոտիները:
Հրապարակման ժամանակը՝ նոյ-03-2021
