Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) Biobased Chemistry Research Center, Ulsan, 44429, Repiblik Kore di
Materyèl avanse ak Jeni Chimik, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Repiblik Kore di
Sèvi ak lyen ki anba a pou pataje vèsyon tèks konplè atik sa a ak zanmi w ak kòlèg ou yo.Aprann plis.
Akòz pandemi kowonaviris la ak pwoblèm ki gen rapò ak matyè patikil (PM) nan lè a, demann pou mask te ogmante eksponansyèlman.Sepandan, filtè mask tradisyonèl ki baze sou elektrisite estatik ak nano Van yo tout jetab, ki pa degradab oswa resikle, ki pral lakòz pwoblèm fatra grav.Anplis de sa, ansyen an pral pèdi fonksyon li anba kondisyon imid, pandan y ap lèt la pral opere ak yon gout presyon lè siyifikatif ak relativman vit bouche pò yo pral rive.Isit la, yo te devlope yon biodégradables, imidite-prèv, trè rèspirant, segondè-pèfòmans filtre mask fib.Nan ti bout tan, de fib ultrafin biodégradables ak tapi nanofib yo entegre nan filtè manbràn Janus la, ak Lè sa a, kouvwi ak nanowhiskers chitosan ki chaje cationique.Filtè sa a efikas menm jan ak filtre komèsyal N95 la epi li ka retire 98.3% nan 2.5 µm PM.Nanofibr fizikman ekran patikil amann, ak fib ultrafin bay yon diferans presyon ki ba nan 59 Pa, ki se apwopriye pou respire moun.Kontrèman ak bès nan pèfòmans nan filtè komèsyal N95 lè yo ekspoze a imidite, pèt pèfòmans nan filtè sa a se neglijab, kidonk li ka itilize plizyè fwa paske dipol la pèmanan nan chitosan adsorbs ultrafine PM (pa egzanp, nitwojèn).Ak oksid souf).Li enpòtan pou filtè sa a konplètman dekonpoze nan tè konpòs la nan 4 semèn.
Aktyèl pandemi coronavirus san parèy (COVID-19) ap mennen yon gwo demann pou mask.[1] Òganizasyon Mondyal Lasante (WHO) estime ke 89 milyon mask medikal yo bezwen chak mwa ane sa a.[1] Non sèlman pwofesyonèl swen sante yo bezwen mask N95 ki gen gwo efikasite, men mask jeneral pou tout moun yo te vin tou endispansab ekipman chak jou pou prevansyon maladi respiratwa enfeksyon sa a.[1] Anplis de sa, ministè ki enpòtan yo rekòmande fòtman itilize mask jetab chak jou, [1] sa te mennen nan pwoblèm anviwònman ki gen rapò ak gwo kantite fatra mask.
Depi matyè patikil (PM) se kounye a pwoblèm nan polisyon lè ki pi pwoblèm, mask yo te vin pi efikas kont mezi ki disponib pou moun.PM divize an PM2.5 ak PM10 dapre gwosè patikil la (2.5 ak 10μm respektivman), ki afekte seryezman anviwònman natirèl la [2] ak kalite lavi moun nan divès fason.[2] Chak ane, PM lakòz 4.2 milyon lanmò ak 103.1 milyon ane lavi ajiste enfimite.[2] PM2.5 reprezante yon menas patikilyèman grav pou sante epi li ofisyèlman deziyen kòm yon gwoup I kanserojèn.[2] Se poutèt sa, li alè ak enpòtan pou fè rechèch ak devlope yon filtè mask efikas an tèm de pèmeyabilite lè ak retire PM.[3]
Anjeneral pale, filtè fib tradisyonèl yo pran PM nan de fason diferan: atravè tami fizik ki baze sou nanofib ak adsorption elektwostatik ki baze sou mikrofibr (Figi 1a).Itilizasyon filtè nanofib ki baze sou, espesyalman tapi nanofib electrospun, pwouve yo dwe yon estrateji efikas pou retire PM, ki se rezilta disponiblite materyèl vaste ak estrikti pwodwi kontwole.[3] Mat nanofib la ka retire patikil gwosè sib la, ki te koze pa diferans gwosè ant patikil yo ak porositë yo.[3] Sepandan, fib nano-echèl bezwen anpile anpile pou fòme porositë piti anpil, ki danjere pou respire konfòtab moun akòz diferans presyon ki asosye.Anplis de sa, ti twou yo pral inevitableman dwe bloke relativman byen vit.
Nan lòt men an, meltblown ultra-amann fib mat la electrostatic chaje pa yon jaden elektrik ki gen gwo enèji, ak patikil piti anpil yo kaptire pa adsorption elektwostatik.[4] Kòm yon egzanp reprezantatif, respiratè N95 a se yon respiratè mask ki filtre patikil ki satisfè egzijans Enstiti Nasyonal pou Sekirite ak Sante nan Travay paske li ka filtre omwen 95% nan patikil nan lè a.Kalite filtre sa a absòbe PM ultrafin, ki anjeneral konpoze de sibstans anionik tankou SO42- ak NO3-, atravè gwo atraksyon elektwostatik.Sepandan, chaj la estatik sou sifas mat fib la fasil gaye nan yon anviwònman imid, tankou yo jwenn nan respire imen imid, [4] sa ki lakòz yon diminisyon nan kapasite adsorption.
Yo nan lòd yo plis amelyore pèfòmans filtraj oswa rezoud komès ki genyen ant efikasite retire ak gout presyon, filtè ki baze sou nanofibr ak mikrofibr yo konbine avèk materyèl segondè-k, tankou materyèl kabòn, kad metal òganik, ak nanopartikul PTFE.[4] Sepandan, toksisite byolojik ensèten ak dissipation chaj aditif sa yo toujou pwoblèm inevitab.[4] An patikilye, sa yo de kalite filtè tradisyonèl yo anjeneral ki pa degradab, kidonk yo pral evantyèlman antere l nan depotwa oswa boule apre yo fin itilize.Se poutèt sa, devlopman nan filtè mask amelyore pou rezoud pwoblèm fatra sa yo epi an menm tan pran PM nan yon fason ki satisfezan ak pwisan se yon bezwen aktyèl enpòtan.
Yo nan lòd yo rezoud pwoblèm ki anwo yo, nou te fabrike yon filtè manbràn Janus entegre ak poli (butylèn succinate) ki baze sou (PBS ki baze sou) [5] mikrofib ak nanofib tapi.Filtè manbràn Janus la kouvwi ak moustach nano chitosan (CsWs) [5] (Figi 1b).Kòm nou tout konnen, PBS se yon polymère reprezantan biodégradables, ki ka pwodwi fib ultrafin ak nanofib nonwovens nan electrospinning.Nano-echèl fib fizikman pyèj PM, pandan y ap mikwo-echèl nano-fib diminye gout presyon epi yo aji kòm yon fondasyon CsW.Chitosan se yon materyèl ki baze sou bio ki te pwouve yo gen bon pwopriyete byolojik, ki gen ladan biocompatibility, biodégradabilite ak toksisite relativman ba, [5] ki ka diminye enkyetid ki asosye ak rale aksidan itilizatè yo.[5] Anplis de sa, chitosan gen sit kasyonik ak gwoup amid polè.[5] Menm anba kondisyon imid, li ka atire patikil ultrafin polè (tankou SO42- ak NO3-).
Isit la, nou rapòte yon biodégradables, wo-efikasite, imidite-prèv ak ba-presyon gout mask filtre ki baze sou materyèl biodégradables ki disponib fasilman.Akòz konbinezon tamizaj fizik ak adsorption elektwostatik, filtè entegre microfiber/nanofiber CsW-kouvwi gen yon efikasite retire PM2.5 segondè (jiska 98%), epi an menm tan an, gout presyon maksimòm sou filtè ki pi epè a se. sèlman Li se 59 Pa, apwopriye pou respire moun.Konpare ak degradasyon siyifikatif pèfòmans nan filtè komèsyal N95 montre, filtè sa a montre yon pèt neglijab nan efikasite retire PM (<1%) menm lè konplètman mouye, akòz chaj pèmanan CsW la.Anplis de sa, filtè nou yo konplètman biodégradables nan tè konpòs nan 4 semèn.Konpare ak lòt etid ak konsèp menm jan an, nan ki pati nan filtre konpoze de materyèl biodégradables, oswa montre pèfòmans limite nan aplikasyon potansyèl biopolymer nonwoven, [6] sa a filtè dirèkteman montre Biodégradabilite nan karakteristik avanse (fim S1, sipòte enfòmasyon).
Kòm yon eleman nan filtè manbràn Janus, nanofib ak superfine fib PBS tapi yo te premye prepare.Se poutèt sa, 11% ak 12% solisyon PBS yo te electrospun pou pwodwi fib nanomèt ak mikromèt, respektivman, akòz diferans yo nan viskozite.[7] Enfòmasyon detaye sou karakteristik solisyon yo ak kondisyon optimal electrospinning yo ki nan lis nan Tablo S1 ak S2, nan enfòmasyon sipò yo.Depi fib kòm fil la toujou gen sòlvan rezidyèl, yo ajoute yon beny koagulasyon dlo adisyonèl nan yon aparèy electrospinning tipik, jan yo montre nan Figi 2a.Anplis de sa, beny dlo a kapab tou itilize ankadreman an pou kolekte koagulasyon pi bon kalite PBS fib mat la, ki diferan de matris solid la nan anviwònman tradisyonèl la (Figi 2b).[7] Dyamèt fib mwayèn nan tapi mikrofibr ak nanofib yo se 2.25 ak 0.51 µm, respektivman, ak dyamèt pò yo se 13.1 ak 3.5 µm, respektivman (Figi 2c, d).Kòm sòlvan klowofòm / etanòl 9:1 a evapore byen vit apre yo fin lage nan bouch la, diferans lan viskozite ant 11 ak 12 solisyon wt% ogmante rapidman (Figi S1, enfòmasyon sipò).[7] Se poutèt sa, yon diferans konsantrasyon nan sèlman 1% wt ka lakòz yon chanjman enpòtan nan dyamèt fib.
Anvan tcheke pèfòmans nan filtre (Figi S2, enfòmasyon sipò), yo nan lòd yo konpare divès kalite filtè rezonab, electrospun nonwovens nan epesè estanda yo te fabrike, paske epesè a se yon faktè enpòtan ki afekte diferans lan presyon ak efikasite filtraj nan pèfòmans nan filtre.Depi nonwovens yo mou ak pore, li difisil dirèkteman detèmine epesè nan nonwovens electrospun.Epesè twal la jeneralman pwopòsyonèl ak dansite sifas (pwa pou chak zòn inite, pwa baz).Se poutèt sa, nan etid sa a, nou itilize pwa baz (gm-2) kòm yon mezi efikas nan epesè.[8] Se epesè a kontwole pa chanje tan an electrospinning, jan yo montre nan Figi 2e.Kòm tan an k ap vire a ogmante soti nan 1 minit a 10 minit, epesè nan kabann nan mikrofibr ogmante a 0.2, 2.0, 5.2, ak 9.1 gm-2, respektivman.Nan menm fason an, epesè nan tapi nanofib la te ogmante a 0.2, 1.0, 2.5, ak 4.8 gm-2, respektivman.Tapi mikrofibr ak nanofib yo deziyen pa valè epesè yo (gm-2) kòm: M0.2, M2.0, M5.2 ak M9.1, ak N0.2, N1.0, N2.5 ak N4. 8.
Diferans presyon lè a (ΔP) nan echantiyon an antye se yon endikatè enpòtan nan pèfòmans filtre.[9] Respire nan yon filtè ak yon gout presyon ki wo se alèz pou itilizatè a.Natirèlman, li obsève ke gout presyon an ogmante kòm epesè nan filtè a ogmante, jan yo montre nan Figi S3, enfòmasyon sipòte.Mat nanofib (N4.8) montre yon gout presyon ki pi wo pase tapi mikrofibr (M5.2) nan yon epesè konparab paske tapi nan nanofib gen pi piti porositë.Kòm lè a pase nan filtè a nan yon vitès ant 0.5 ak 13.2 ms-1, gout presyon nan de diferan kalite filtè yo piti piti ogmante soti nan 101 Pa a 102 Pa. Yo ta dwe optimize epesè a balanse gout presyon an ak retire PM. efikasite;yon vitès lè a 1.0 ms-1 rezonab paske tan li pran pou moun respire nan bouch la se apeprè 1.3 ms-1.[10] Nan sans sa a, gout presyon M5.2 ak N4.8 akseptab nan yon vitès lè a 1.0 ms-1 (mwens pase 50 Pa) (Figi S4, enfòmasyon sipò).Tanpri sonje ke gout presyon N95 ak mask ki sanble ak estanda filtre Koreyen (KF94) se 50 a 70 Pa, respektivman.Pli lwen pwosesis CsW ak entegrasyon mikwo / nano filtè ka ogmante rezistans lè;Se poutèt sa, yo nan lòd yo bay maj gout presyon, nou analize N2.5 ak M2.0 anvan analize M5.2 ak N4.8.
Nan yon vitès lè sib nan 1.0 ms-1, efikasite nan retire nan PM1.0, PM2.5, ak PM10 nan mikrofibr PBS ak tapi nanofib te etidye san chaj estatik (Figi S5, enfòmasyon sipò).Li obsève ke efikasite nan retire PM jeneralman ogmante ak ogmantasyon nan epesè ak gwosè PM.Efikasite nan retire nan N2.5 se pi bon pase M2.0 akòz pi piti porositë li yo.Efikasite yo retire nan M2.0 pou PM1.0, PM2.5 ak PM10 te 55.5%, 64.6% ak 78.8%, respektivman, pandan y ap valè yo menm jan an nan N2.5 yo te 71.9%, 80.1% ak 89.6% (Figi 2f).Nou remake ke pi gwo diferans ki genyen nan efikasite ant M2.0 ak N2.5 se PM1.0, ki endike ke tamizaj fizik la nan may mikrofibr a efikas pou PM nan nivo micron, men li pa efikas pou PM nano nivo (Figi S6, enfòmasyon sipò)., M2.0 ak N2.5 tou de montre yon kapasite kaptire PM ki ba mwens pase 90%.Anplis de sa, N2.5 ka gen plis sansib a pousyè pase M2.0, paske patikil pousyè ka fasil bloke porositë ki pi piti nan N2.5.Nan absans chaj estatik, tamizaj fizik limite nan kapasite li yo reyalize gout presyon ki nesesè yo ak efikasite retire an menm tan an paske nan relasyon an komès ant yo.
Adsorption elektwostatik se metòd ki pi lajman itilize pou pran PM nan yon fason efikas.[11] Anjeneral, chaj estatik yo aplike lafòs nan filtè ki pa tise a atravè yon jaden elektrik ki gen gwo enèji;sepandan, chaj estatik sa a fasil gaye anba kondisyon imid, sa ki lakòz pèt kapasite pou kaptire PM.[4] Kòm yon materyèl ki baze sou bio pou filtraj elektwostatik, nou prezante 200 nm nan longè ak 40 nm lajè CsW;akòz gwoup amonyòm yo ak gwoup amid polè yo, nanowhiskers sa yo gen chaj cationique pèmanan.Chaj pozitif ki disponib sou sifas CsW reprezante pa potansyèl zeta li yo (ZP);CsW gaye nan dlo ak yon pH 4.8, epi yo jwenn ZP yo + 49.8 mV (Figi S7, enfòmasyon sipò).
CsW-kouvwi PBS mikrofibr (ChMs) ak nanofibr (ChNs) yo te prepare pa kouch tranpe senp nan 0.2 wt% CsW dispèsyon dlo, ki se konsantrasyon ki apwopriye a tache kantite maksimòm CsWs nan sifas la nan fib PBS, jan yo montre nan la. figi Montre nan Figi 3a ak Figi S8, enfòmasyon sipò.Imaj la espektroskopi radyografi (EDS) dispèsyon enèji nitwojèn montre ke sifas fib PBS la kouvri inifòmman ak patikil CsW, ki evidan tou nan imaj mikwoskòp elektwonik (SEM) (Figi 3b; Figi S9, enfòmasyon sipò) .Anplis de sa, metòd sa a kouch sa a pèmèt nanomateryèl chaje tise byen vlope sifas fib la, kidonk maksimize kapasite nan retire elektwostatik PM (Figi S10, enfòmasyon sipò).
Efikasite retire PM nan ChM ak ChN te etidye (Figi 3c).M2.0 ak N2.5 yo te kouvwi ak CsW pou pwodwi ChM2.0 ak ChN2.5, respektivman.Efikasite yo retire nan ChM2.0 pou PM1.0, PM2.5 ak PM10 yo te 70.1%, 78.8% ak 86.3%, respektivman, pandan y ap valè yo menm jan an nan ChN2.5 yo te 77.0%, 87.7% ak 94.6% respektivman.Kouch CsW a anpil amelyore efikasite nan retire M2.0 ak N2.5, ak efè a obsève pou yon ti kras pi piti PM se pi enpòtan.An patikilye, chitosan nanowhiskers ogmante efikasite nan retire nan M2.0's PM0.5 ak PM1.0 pa 15% ak 13%, respektivman (Figi S11, enfòmasyon sipò).Malgre ke M2.0 difisil pou eskli PM1.0 ki pi piti a akòz espas fibril relativman lajè li yo (Figi 2c), ChM2.0 adsorbe PM1.0 paske kasyon yo ak amid nan CsWs pase nan ion-ion, kouple entèraksyon Pol-ion. , ak entèraksyon dipol-dipol ak pousyè tè.Akòz kouch CsW li yo, efikasite retire PM nan ChM2.0 ak ChN2.5 se osi wo ke sa ki pi epè M5.2 ak N4.8 (Tablo S3, enfòmasyon sipò).
Enteresan, byenke efikasite nan retire PM amelyore anpil, kouch CsW a diman afekte gout presyon an.Gout presyon ChM2.0 ak ChN2.5 ogmante yon ti kras a 15 ak 23 Pa, prèske mwatye ogmantasyon obsève pou M5.2 ak N4.8 (Figi 3d; Tablo S3, enfòmasyon sipò).Se poutèt sa, kouch ak materyèl ki baze sou bio se yon metòd apwopriye pou satisfè kondisyon pèfòmans de filtè debaz;se sa ki, efikasite retire PM ak diferans presyon lè a, ki se mityèlman eksklizif.Sepandan, efikasite nan retire PM1.0 ak PM2.5 nan ChM2.0 ak ChN2.5 yo tou de pi ba pase 90%;evidamman, pèfòmans sa a bezwen amelyore.
Yon sistèm filtraj entegre ki konpoze de manbràn miltip ak dyamèt fib piti piti chanje ak gwosè pò yo ka rezoud pwoblèm ki anwo yo [12].Filtè lè entegre a gen avantaj ki genyen nan de nanofibr diferan ak privye fib superfine.Nan sans sa a, ChM ak ChN yo tou senpleman anpile yo pwodwi filtè entegre (Int-MNs).Pou egzanp, Int-MN4.5 prepare lè l sèvi avèk ChM2.0 ak ChN2.5, ak pèfòmans li yo konpare ak ChN4.8 ak ChM5.2 ki gen menm dansite zòn (sa vle di epesè).Nan eksperyans nan efikasite retire PM, bò fib ultrafin Int-MN4.5 te ekspoze nan chanm nan pousyè paske bò fib ultrafin te pi rezistan nan bouche pase bò nanofibre.Jan yo montre nan Figi 4a, Int-MN4.5 montre pi bon efikasite retire PM ak diferans presyon pase de filtè sèl-konpozan, ak yon gout presyon nan 37 Pa, ki se menm jan ak ChM5.2 ak pi ba anpil pase ChM5.2 ChN4.8. Anplis de sa, efikasite nan retire PM1.0 nan Int-MN4.5 se 91% (Figi 4b).Nan lòt men an, ChM5.2 pa t 'montre yon efikasite segondè retire PM1.0 paske porositë li yo pi gwo pase sa yo ki nan Int-MN4.5.
Tan poste: Nov-03-2021
