Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Corea Institutum Technologiae chemica
Provectus Materias et Chemical Engineering, University of Science and Technology (UST), Daejeon, 34113 Respublica Coreae
Vinculo infra utere ad plenam versionem textus huius articuli cum amicis et collegis communica.discere plus.
Ob coronavirus pandemicus et quaestiones ad materiam particulatam (PM) in aere pertinentes, postulatio larvarum exponentialiter crevit.Quamquam larvae columellae traditionales in electricitate static et nano cribro fundatae sunt omnes disponibiles, non-degradabiles vel recyclabiles, quae graves difficultates vastitatis efficient.Praeterea, illa munus suum sub humidis conditionibus amittet, haec vero cum notabili pressione aeris guttatim et relative celeriter po- sorem fiet.Hic, biodegradabilis, umoris probatio, valde spirabilis, summus perficientur fibrarum larva sparguntur, evoluta est.In summa, duae fibrae biodegradabiles ultrafines et matulae nanofiber in membranam Iani colum integratae sunt, et postea cationice obductis nanowhiskeribus chitosanis obductis sunt.Haec colum tam efficax est quam N95 colum commerciale ac removere potest 98.3% 2.5 µm PM.Nanofibers physice tenuissimas particulas protegunt, et fibrae ultrafines humili pressioni differentiam 59 Pa praebent, quae ad respirationem humanam apta est.Contra acrem declinationem in agendis umoris commercialibus N95 cum expositae, effectus iacturae huius sparguntur neglegenda est, ideo multipliciter adhiberi potest quia dipole permanentis adsorbs chitosan ultrafine PM (exempli gratia nitrogen).Sulphur oxydi).Magni interest ut hoc colum in solo composito intra 4 septimanas omnino putrefaciat.
Praesens inauditum coronavirus pandemicus (COVID-19) ingens postulatio larvarum agit.[1] Mundus Salus Organizatio (WHO) aestimat 89 decies centena milia larvarum medicorum omni mense hoc anno necessarias esse.[1] Non solum professionales sanitatis larvis N95 summus efficientiae egent, sed larvae generales pro omnibus hominibus etiam cotidie necessariae facti sunt ad prohibendum hunc morbum infectious respiratorii.[1] Insuper ministeria pertinentes vehementer commendant usum larvarum disponibiles cotidie, [1] id ad problematum environmentalium pertinentes ad magnas larvas vastitates.
Cum materia particulata (PM) in praesenti problematum aeris pollutio maxime problematica sit, larvae efficacissimae countermensurae singulis hominibus praesto factae sunt.PM dividitur in PM2.5 et PM10 secundum particulam magnitudinem (2.5 et 10µm respective), quae graviter afficit ambitum naturalem [2] et qualitatem vitae humanae variis modis.[2] Omni anno PM 4.2 decies centena milia mortum creat et 103.1 decies centena milia defectus vitae accommodata annis.[2] PM2.5 Singulariter grave periculum sanitati proponit et publice designatur ut coetus I carcinogenus.[2] Ideo opportune et magni momenti est ad investigationes faciendas et explicandum larvam efficientem colum in terminis aeris permeabilitatis et amotionis AM.[3]
Communiter, fibrae traditionales filtra AM capiunt duobus modis: per cribrum physicum innixum in nanofibers et electrostatic adsorptionem in microfibris fundatam (Figura 1a).Usus nanofiber-substructio filtrarum, praesertim matrum nanofiber electrospunarum, probavit esse efficax consilium ad AM removendum, quod est effectus magnae materiae paratae et moderatior structurae producti.[3] matta nanofiber removere potest particulas magnitudinis magnitudinis, quae causatur ex magnitudine differentiae particularum et pororum.[3] Fibrae autem nano-scalae necesse habent dense reclinare ad poros perquam minutos formandos, quae commoda respirationi humanae nociva sunt propter magnas pressionis differentias iunctas.Praeterea parva foramina necessario cito relative claudentur.
Ex altera parte, fibram liquefactam ultra-subtilis matta electrostatically ab alto impetu electrica campi obicitur, et particulae minimae ab adsorptione electrostatic capiuntur.[4] Pro exemplo repraesentativo, respirator N95 est respirator particulae percolaris faciei larvae quae requisitis Instituti Nationalis Occupationalis Salutis et Salutis occurrit quia saltem 95% particulas aerium spargere potest.Hoc genus colum concipit ultrafine PM, quod plerumque componitur ex substantiis anionicis, ut SO42− et NO3−, per attractum validum electrostaticum.Sed crimen static in superficie fibri mattae facile dissipatur in ambitu humido, qualis invenitur in humida respiratione humana, [4] ex diminutione adsorptionis capacitatis.
Ad ulteriorem effectum filtrationis perficiendum vel solvendum commercium inter remotionem efficientiam et guttam pressionis, filtra ex nanofibers et microfibris componuntur cum materiarum altarum, ut materia carbonis, machinae organicae metalla, et PTFE nanoparticulae.[4] Incertae tamen toxicitatis biologicae et criminis dissipatio horum additivorum adhuc problemata necessaria sunt.[4] Praesertim haec duo genera filorum traditionalium non turpia solent esse, ut tandem in landibus aut incineratis ab usu sepeliantur.Propterea progressio eliquarum larvarum meliorum ad has difficultates solvendas et simul AM capienda modo satisfacienti et potentiori est momenti currentis necessitatis.
Ad solvendas quaestiones praedictas, Iani membranam colum poly(butylene succinate)-substructam (PBS-based) [5] microfiber et nanofiber fabricavimus.Iani membrana colum linita chitosan nano whiskers (CsWs) [5] (Figura 1b).Ut omnes novimus, PBS est polymerus biodegradabilis repraesentativus, qui ultra stamen fibram et nanofiber non texentem per electrospinnentem producere potest.Fibrae nano-scalae physice laqueum PM, dum fibrae parvae nano-fibrae pressurae guttam minuunt et tamquam compagem CsW agunt.Chitosan est materia bio-fundata quae probatum est habere bonas proprietates biologicas, inclusas biocompatibilitatem, biodegradabilitatem et toxicitatem relative humilis, [5] quae sollicitudinem minuere potest cum inhalatione utentium accidentali coniuncta.[5] Praeterea chitosan situs cationicos et circulos polares habet.Etiam sub humidis conditionibus, potest attrahere particulas polares ultrafines (ut SO42- et NO3-).
Hic referimus biodegradabile, altum-efficientiam, humorem-probationem et humilem pressuram stillam spargendi larvam in promptu materiae biodegradabilium fundatam.Ob compositionem adsorptionem physiving et electrostaticae, microfiber/nanofiber colum adsorptionis CsW emissitivum habet altam PM2.5 remotionem efficientiam (usque ad 98%), et simul, maxima pressionis stilla in colum spississima est. solum est 59 Pa, humano spiritui idoneus.Comparatus ad significantem degradationem degradationem quae a colum N95 commercial exhibet, haec colum manifestat neglegentiam damni PM remotionis efficientiae (<1%) etiam cum plene infectum, ob crimen permanentem CsW.Praeterea Filtra nostra in solo composito intra 4 septimanas omnino biodegradabiles sunt.Comparatus cum aliis studiis cum similibus conceptibus, in quibus pars colum ex materiae biodegradabili componitur, vel limitata effectus in applicationibus potentialibus biopolymi non contexti, [6] haec colum directe ostendit Biodegradabilitatem notarum provectorum (movie S1, informationes sustinens).
Component Iani membranam filtrum, nanofiber et superfine fibra PBS tegetes primum paratae sunt.Ergo solutiones 11% et 12% PBS erant electrospun producere nanometros et fibras micrometricas, respective ob differentiam viscositatis.[7] Singulae notitias solutionis notarum et condiciones electrospinationis optimales in tabulis S1 et S2 recensentur, in informationibus suffragantibus.Cum fibra as-spunta adhuc residua solvendo contineat, addita aqua coagulationis balnei ad machinam electrospinning typicam additur, ut in Figura 2a ostenditur.Praeter, balneum aqua uti potest etiam artus ad colligendam mattam fibram puram PBS coagulatam, quae a solida matrice in traditione occasu differt (Figura 2 b).[7] Mediocris fibra diametri microfibri et nanofiber matrum sunt 2.25 et 0.51 µm respective, et diametri pororum mediocris sunt 13.1 et 3.5 µm, respective (Figura 2c, d).Cum 9:1 chloroform/ethanol solvendo cito evanescit postquam e colliculo emissus est, viscositas inter 11 et 12 s% solutiones celerius crescit (Figura S1, informationes sustinens).[7] Concentratio igitur differentia tantum 1 cum% notabilem mutationem in fibra diametri causare potest.
Antequam colum perficiendi inhibito (S2 figura, informationes sustinens), ut varias filtras rationabiliter compares, electrospune nontextae vexillum crassitudinis fabricatae sunt, quia crassitudo magni momenti est quae pressionis differentiam et filtrationem efficientiam colum perficiendi afficit.Cum nontextae sint molles et rari, difficile est directe determinare crassitudinem electrospun non textorum.Crassitudo fabricae plerumque proportionalis est densitati superficiei (pondus per aream unitatis, pondus fundamentum).In hoc ergo studio utimur fundamento ponderis (gm-2) ut mensura crassitudinis efficax.[8] Crassitudo electronico temporis mutando regitur, ut in Figura 2e ostensum est.Cum tempus spheara crescit ab 1 minutis ad 10 minuta, crassitudo matrum microfiberarum crescit ad 0.2, 2.0, 5.2, et 9.1 gm-2, respective.Eodem modo crassitudo matrum nanofiber aucta est ad 0.2, 1.0, 2.5, et 4.8 gm-2, respective.Microfiber et nanofiber mattae crassitudine sua valores (gm-2) designantur ut: M0.2, M2.0, M5.2 et M9.1, et N0.2, N1.0, N2.5 et N4. VIII.
Pressura aeris differentia (ΔP) totius specimen est momenti colum effectus.[9] Spirans per filtrum cum magna pressura gutta est incommoditas usoris.Naturaliter animadvertendum est guttam pressionem augere, sicut crassitudo colum augetur, ut in Figura S3 ostenditur, informationes sustinens.Mat nanofiber (N4.8) ostendit maiorem guttam pressionis quam microfiber (M5.2) mat ad similem crassitudinem, quia matta nanofiber minores poros habet.Cum aer per colum celeritatem inter 0,5 et 13.2 ms-1 transit, gutta pressionis duarum differentiarum differentiarum gradatim crescit ab 101 Pa ad 102 pa. dexteritas;Velocitas aeris velocitas 1.0 ms-1 ratio est quia tempus per os respirandi hominibus est de 1.3 ms-1.[10] Hac de re, pressionis guttae M5.2 et N4.8 accepta est velocitati aeris in 1.0 ms-1 (minus quam 50 Pa) (Figura S4, notitias sustinentes).Quaeso note impressionem impressionis N95 et similibus vexillum colum Coreanum (KF94) personatum 50 ad 70 Pa esse, respective.Praeterea CsW processus et integratio micro/nano sparguntur resistentiam aeris augere possunt;ergo, ad pressionem marginem decidendam, prius N2.5 et M2.0 analysis M5.2 et N4.8.
In scopum aeris velocitatis 1.0 ms-1, efficientiae remotionis PM1.0, PM2.5, et PM10 matarum PBS microfiberorum et nanofiberorum sine static onere studuit (Figura S5, informationes sustinens).Animadvertetur PM efficientiam amotionis augeri plerumque cum crassitudine et magnitudine augente.Effectus remotionis N2.5 melior est quam M2.0 propter poros minores suos.Effectus amotionis M2.0 pro PM1.0, PM2.5 et PM10 erant 55.5%, 64.6% et 78.8%, respective, dum similes valores N2.5 erant 71.9%, 80.1% et 89.6% (Figura 2f).Animadvertimus maximam differentiam in efficientia inter M2.0 et N2.5 esse PM1.0, quod indicat physicum prehensio reticuli microfiberiae efficacem esse pro gradu micron AM, sed non efficax ad nano-gradu AM (Figura S6, informationes)., M2.0 et N2.5 utraque facultatem parvam PM captae minus quam 90% ostendunt.Adde, N2.5 aptius esse potest pulveri quam M2.0, propterea quod particulae pulvis minores poros N2.5 facile claudunt.Sine crimine static, physiving physica limitatur in sua facultate ad consequendam guttam et remotionem requisitam efficientiam simul propter relationem commercii inter eos.
Electrostatica adsorptionis methodus late usus est capiendi AM modo efficienti.[11] Plerumque, crimen statice vi colum non textili per electricum campum altum vi applicatur;attamen hoc crimen static facile sub humidis condicionibus dissipatur, unde in facultate capiendi damnum PM est.[4] Cum materia filtrationis electrostaticae bio-fundata, 200 nm longa et 40 nm lata CsW introduximus;ob eorum ammonium circulos et inter circulos polares, hi nanowhiskeri cationicos permanentes continent.Praesens crimen positivum in superficie CsW repraesentatur per zeta eius potentiale (ZP);CsW diffunditur in aqua cum pH ipsius 4.8, earumque ZP reperitur +49.8 mV (Figura S7, notitias sustinens).
CsW-cotaverant PBS microfiberi (ChMs) et nanofiberi (ChNs) praeparati sunt simplici tunica in 0,2 wt% CsW dispersione aquae, quae est conveniens intentioni ad attachiandi maximam quantitatem CsWs superficiei PBS fibrarum, ut in n. figura Ostensa in Figura 3a et Figura S8, notitias sustinentes.Nitrogenium energiae spectroscopiae X-radii (EDS) dispersivae imaginis ostendit, superficiem fibri PBS uniformiter cum particulis CsW obductam esse, quod etiam patet in electronico microscopii (SEM) imagine (Figura 3b; Figura S9, notitias sustinentes) .Praeter haec, haec efficiens methodus nanomaterialia praecepit ut fibrarum superficiem subtiliter involvat, per quod capacitatem electrostaticam AM remotionem maximisans (Figura S10, informationes sustinens).
PM remotionis efficientia ChM et ChN investigata est (Figura 3 c).M2.0 et N2.5 obductis CsW ad producendum ChM2.0 et ChN2.5, respective.Effectus amotionis ChM2.0 pro PM1.0, PM2.5 et PM10 erant 70.1%, 78.8% et 86.3%, respective, dum similes valores ChN2.5 erant 77.0%, 87.7% et 94.6% respective.CsW efficiens multum meliorem efficit remotionem efficientiam M2.0 et N2.5, et effectus pro paulo minore PM servatus gravior est.Praesertim chitosani nanowhiskeri augebant remotionem efficientiam M2.0′s PM0.5 et PM1.0 per 15% et 13%, respective (Figura S11, informationes adiuvantes).Licet M2.0 difficile est excludere minorem PM1.0 ob fibrillae suae spatii relative latae (Figura 2c), ChM2.0 adsorbs PM1.0 propterea quod cationes et amides in CsWs per ion-ion transeunt, commissura poli-ion coniunctio. ac bipole commercium cum pulvere.Ob CsW efficiens, PM remotio efficientia ChM2.0 et ChN2.5 tanta est quanta crassior M5.2 et N4.8 (Tabula S3, notitias sustinentes).
Interestingly, quamvis efficientia PM remotionis valde melior sit, CsW coating impressionem stillam vix afficit.Gutta pressio ChM2.0 et ChN2.5 aucta leviter ad 15 et 23 Pa, dimidium fere auctum observatum pro M5.2 et N4.8 (Figura 3d; Tabula S3, notitias sustinens).Ergo materias efficiens cum bio-substructio apta est methodus ad duo praecipuas filtras requisita perficienda;hoc est, PM remotio efficientiae et pressionis aeris differentiae, quae sunt inter se exclusiva.Nihilominus, PM1.0 et PM2.5 remotio efficientia ChM2.0 et ChN2.5 minora sunt quam 90%;ut patet, haec effectus emendari debet.
Systema filtationis integratae ex pluribus membranis compositae cum fibra diametri et magnitudinum porum paulatim mutantur, problemata praedicta solvere possunt[12].Colamentum aer integratum duas nanofibers et superfines retia fibra commoda habet.Hac de re ChM et ChN simpliciter reclinati sunt ad filamenta producenda (Int-MNs).Exempli gratia, Int-MN4.5 praeparatur utens ChM2.0 et ChN2.5, eiusque effectus comparatur cum ChN4.8 et ChM5.2, quae densitates areales similes habent (id est crassitudines).In AM experimento efficientiae remotionis, fibra ultrafinis lateris Int-MN4.5 in pulverulenta cella exposita est, quia lateris fibrarum ultrafinium arctissimae quam lateris nanofiber magis resistit.Ut ostenditur in Figura 4a, Int-MN4.5 melius ostendit distantiam efficientiam et pressionem PM differentiam quam duo filtra simplicia, cum gutta pressionis 37 Pa, quae est similis ChM5.2 et multo humilior quam ChM5.2 ChN4.8. Praeterea, PM1.0 remotio efficientiae Int-MN4.5 est 91% (Figura 4b).E contra, ChM5.2 non ostendit talem efficientiam altam PM1.0 remotionem, quia poros eius maiores sunt quam Int-MN4.5.
Post tempus: Nov-03-2021
