બાયોડિગ્રેડેબલ, કાર્યક્ષમ અને શ્વાસ લેવા યોગ્ય બહુહેતુક માસ્ક ફિલ્ટર-ચોઈ-2021-અદ્યતન વિજ્ઞાન

કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
કોરિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (KRICT) બાયોબેઝ્ડ કેમિસ્ટ્રી રિસર્ચ સેન્ટર, ઉલ્સાન, 44429, રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (યુએસટી), ડેજિઓન, 34113 રિપબ્લિક ઓફ કોરિયા
આ લેખના સંપૂર્ણ ટેક્સ્ટ સંસ્કરણને તમારા મિત્રો અને સહકાર્યકરો સાથે શેર કરવા માટે નીચેની લિંકનો ઉપયોગ કરો.વધુ શીખો.
કોરોનાવાયરસ રોગચાળા અને હવામાં પાર્ટિક્યુલેટ મેટર (PM) સંબંધિત સમસ્યાઓને કારણે, માસ્કની માંગ ઝડપથી વધી છે.જો કે, સ્થિર વીજળી અને નેનો ચાળણી પર આધારિત પરંપરાગત માસ્ક ફિલ્ટર બધા નિકાલજોગ, બિન-ડિગ્રેડેબલ અથવા રિસાયકલ કરી શકાય તેવા છે, જે ગંભીર કચરાની સમસ્યાઓનું કારણ બનશે.વધુમાં, ભેજવાળી સ્થિતિમાં પહેલાનું કાર્ય ગુમાવશે, જ્યારે બાદમાં હવાના દબાણમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો સાથે કામ કરશે અને પ્રમાણમાં ઝડપી છિદ્રો ભરાઈ જશે.અહીં, બાયોડિગ્રેડેબલ, ભેજ-પ્રૂફ, અત્યંત શ્વાસ લેવા યોગ્ય, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ફાઇબર માસ્ક ફિલ્ટર વિકસાવવામાં આવ્યું છે.ટૂંકમાં, બે બાયોડિગ્રેડેબલ અલ્ટ્રાફાઇન ફાઇબર અને નેનોફાઇબર મેટ્સ જાનુસ મેમ્બ્રેન ફિલ્ટરમાં એકીકૃત કરવામાં આવે છે, અને પછી કેશનલી ચાર્જ્ડ ચિટોસન નેનોહિસ્કર્સ સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે.આ ફિલ્ટર કોમર્શિયલ N95 ફિલ્ટર જેટલું કાર્યક્ષમ છે અને 2.5 µm PM ના 98.3% દૂર કરી શકે છે.નેનોફાઈબર્સ ભૌતિક રીતે ઝીણા કણોની સ્ક્રીનીંગ કરે છે અને અલ્ટ્રાફાઈન ફાઈબર 59 Pa નો નીચા દબાણનો તફાવત પૂરો પાડે છે, જે માનવ શ્વાસ લેવા માટે યોગ્ય છે.વાણિજ્યિક N95 ફિલ્ટર્સના પ્રભાવમાં તીવ્ર ઘટાડાથી વિપરીત જ્યારે ભેજના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે આ ફિલ્ટરનું પ્રદર્શન નુકશાન નજીવું છે, તેથી તેનો ઉપયોગ ઘણી વખત કરી શકાય છે કારણ કે ચિટોસનનું કાયમી દ્વિધ્રુવ અલ્ટ્રાફાઇન PM (ઉદાહરણ તરીકે, નાઇટ્રોજન) શોષે છે.અને સલ્ફર ઓક્સાઇડ).તે મહત્વનું છે કે આ ફિલ્ટર 4 અઠવાડિયાની અંદર ખાતરવાળી જમીનમાં સંપૂર્ણપણે વિઘટિત થઈ જાય.
વર્તમાન અભૂતપૂર્વ કોરોનાવાયરસ રોગચાળો (COVID-19) માસ્કની ભારે માંગ ચલાવી રહ્યું છે.[૧] વર્લ્ડ હેલ્થ ઓર્ગેનાઈઝેશન (WHO) નો અંદાજ છે કે આ વર્ષે દર મહિને 89 મિલિયન મેડિકલ માસ્કની જરૂર છે.[૧] માત્ર હેલ્થકેર પ્રોફેશનલ્સને જ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા N95 માસ્કની જરૂર નથી, પરંતુ તમામ વ્યક્તિઓ માટે સામાન્ય હેતુના માસ્ક પણ આ શ્વસન ચેપી રોગની રોકથામ માટે અનિવાર્ય દૈનિક સાધન બની ગયા છે.[1] વધુમાં, સંબંધિત મંત્રાલયો દરરોજ નિકાલજોગ માસ્કનો ઉપયોગ કરવાની ભારપૂર્વક ભલામણ કરે છે, [1] આના કારણે માસ્કના મોટા પ્રમાણમાં કચરાને લગતી પર્યાવરણીય સમસ્યાઓ ઊભી થઈ છે.
પાર્ટિક્યુલેટ મેટર (PM) હાલમાં સૌથી વધુ સમસ્યારૂપ વાયુ પ્રદૂષણની સમસ્યા હોવાથી, માસ્ક વ્યક્તિઓ માટે ઉપલબ્ધ સૌથી અસરકારક પ્રતિરોધક બની ગયા છે.PM ને ​​કણોના કદ (અનુક્રમે 2.5 અને 10μm) અનુસાર PM2.5 અને PM10 માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જે કુદરતી વાતાવરણ [2] અને માનવ જીવનની ગુણવત્તાને વિવિધ રીતે ગંભીર રીતે અસર કરે છે.[2] દર વર્ષે, PM 4.2 મિલિયન મૃત્યુ અને 103.1 મિલિયન અપંગતા સમાયોજિત જીવન વર્ષોનું કારણ બને છે.[2] PM2.5 સ્વાસ્થ્ય માટે ખાસ કરીને ગંભીર ખતરો છે અને તેને સત્તાવાર રીતે જૂથ I કાર્સિનોજેન તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવે છે.[૨] તેથી, હવાની અભેદ્યતા અને PM દૂર કરવાના સંદર્ભમાં કાર્યક્ષમ માસ્ક ફિલ્ટરનું સંશોધન અને વિકાસ કરવું તે સમયસર અને મહત્વપૂર્ણ છે.[૩]
સામાન્ય રીતે કહીએ તો, પરંપરાગત ફાઈબર ફિલ્ટર્સ બે અલગ અલગ રીતે PM ને ​​કેપ્ચર કરે છે: નેનોફાઈબર પર આધારિત ફિઝિકલ સિવીંગ અને માઈક્રોફાઈબર પર આધારિત ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણ દ્વારા (આકૃતિ 1a).નેનોફાઈબર-આધારિત ફિલ્ટર્સનો ઉપયોગ, ખાસ કરીને ઈલેક્ટ્રોસ્પન નેનોફાઈબર મેટ, પીએમને દૂર કરવા માટે એક અસરકારક વ્યૂહરચના સાબિત થઈ છે, જે વ્યાપક સામગ્રીની ઉપલબ્ધતા અને નિયંત્રણક્ષમ ઉત્પાદન માળખુંનું પરિણામ છે.[૩] નેનોફાઇબર મેટ લક્ષ્ય કદના કણોને દૂર કરી શકે છે, જે કણો અને છિદ્રો વચ્ચેના કદના તફાવતને કારણે થાય છે.[૩] જો કે, નેનો-સ્કેલ ફાઇબરને અત્યંત નાના છિદ્રો બનાવવા માટે ગીચતાપૂર્વક સ્ટેક કરવાની જરૂર છે, જે સંકળાયેલ ઉચ્ચ દબાણ તફાવતને કારણે આરામદાયક માનવ શ્વાસ માટે હાનિકારક છે.વધુમાં, નાના છિદ્રો અનિવાર્યપણે પ્રમાણમાં ઝડપથી અવરોધિત કરવામાં આવશે.
બીજી બાજુ, મેલ્ટબ્લોન અલ્ટ્રા-ફાઇન ફાઇબર મેટ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિકલી હાઇ-એનર્જી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા ચાર્જ કરવામાં આવે છે, અને ખૂબ જ નાના કણો ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણ દ્વારા પકડવામાં આવે છે.[૪] એક પ્રતિનિધિ ઉદાહરણ તરીકે, N95 રેસ્પિરેટર એ પાર્ટિકલ-ફિલ્ટરિંગ ફેસ-માસ્ક રેસ્પિરેટર છે જે નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ઑક્યુપેશનલ સેફ્ટી એન્ડ હેલ્થની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે કારણ કે તે ઓછામાં ઓછા 95% હવાયુક્ત કણોને ફિલ્ટર કરી શકે છે.આ પ્રકારનું ફિલ્ટર અલ્ટ્રાફાઈન PM ને ​​શોષી લે છે, જે સામાન્ય રીતે મજબૂત ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ દ્વારા SO42− અને NO3− જેવા એનિઓનિક પદાર્થોનું બનેલું હોય છે.જો કે, ફાઈબર મેટની સપાટી પરનો સ્થિર ચાર્જ ભેજવાળા વાતાવરણમાં સરળતાથી વિખેરાઈ જાય છે, જેમ કે ભેજવાળા માનવ શ્વાસમાં જોવા મળે છે, [૪] પરિણામે શોષણ ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.
ફિલ્ટરેશન પરફોર્મન્સને વધુ બહેતર બનાવવા અથવા દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને પ્રેશર ડ્રોપ વચ્ચેના ટ્રેડ-ઓફને ઉકેલવા માટે, નેનોફાઈબર્સ અને માઈક્રોફાઈબર્સ પર આધારિત ફિલ્ટર્સને હાઈ-k સામગ્રીઓ, જેમ કે કાર્બન સામગ્રી, મેટલ ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક અને PTFE નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે જોડવામાં આવે છે.[૪] જો કે, આ ઉમેરણોની અનિશ્ચિત જૈવિક ઝેરી અને ચાર્જ ડિસીપેશન હજુ પણ અનિવાર્ય સમસ્યાઓ છે.[૪] ખાસ કરીને, આ બે પ્રકારનાં પરંપરાગત ફિલ્ટર્સ સામાન્ય રીતે બિન-ડિગ્રેડેબલ હોય છે, તેથી તેઓ આખરે લેન્ડફિલ્સમાં દફનાવવામાં આવે છે અથવા ઉપયોગ કર્યા પછી બાળી નાખવામાં આવે છે.તેથી, આ કચરાની સમસ્યાઓને ઉકેલવા માટે સુધારેલા માસ્ક ફિલ્ટર્સનો વિકાસ અને તે જ સમયે સંતોષકારક અને શક્તિશાળી રીતે પીએમને કેપ્ચર કરવું એ વર્તમાનની મહત્વપૂર્ણ જરૂરિયાત છે.
ઉપરોક્ત સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે, અમે પોલી(બ્યુટીલીન સસીનેટ)-આધારિત (PBS-આધારિત)[5] માઇક્રોફાઇબર અને નેનોફાઇબર મેટ સાથે સંકલિત જાનુસ મેમ્બ્રેન ફિલ્ટરનું ઉત્પાદન કર્યું છે.જાનુસ મેમ્બ્રેન ફિલ્ટર ચિટોસન નેનો વ્હિસ્કર્સ (CsWs) [5] (આકૃતિ 1b) સાથે કોટેડ છે.જેમ આપણે બધા જાણીએ છીએ, PBS એ પ્રતિનિધિ બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર છે, જે ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ દ્વારા અલ્ટ્રાફાઇન ફાઇબર અને નેનોફાઇબર નોનવોવેન્સનું ઉત્પાદન કરી શકે છે.નેનો-સ્કેલ ફાઇબર્સ પીએમને ભૌતિક રીતે ફસાવે છે, જ્યારે માઇક્રો-સ્કેલ નેનો-ફાઇબર્સ દબાણમાં ઘટાડો ઘટાડે છે અને CsW ફ્રેમવર્ક તરીકે કાર્ય કરે છે.ચિટોસન એ એક જૈવ-આધારિત સામગ્રી છે જે સારી જૈવિક ગુણધર્મો ધરાવે છે, જેમાં બાયોકોમ્પેટિબિલિટી, બાયોડિગ્રેડબિલિટી અને પ્રમાણમાં ઓછી ઝેરીતાનો સમાવેશ થાય છે, [5] જે વપરાશકર્તાઓના આકસ્મિક શ્વાસ સાથે સંકળાયેલી ચિંતાને ઘટાડી શકે છે.[૫] વધુમાં, ચિટોસનમાં કેશનીક સાઇટ્સ અને ધ્રુવીય એમાઈડ જૂથો છે.[૫] ભેજવાળી સ્થિતિમાં પણ, તે ધ્રુવીય અલ્ટ્રાફાઇન કણો (જેમ કે SO42- અને NO3-) આકર્ષી શકે છે.
અહીં, અમે સરળતાથી ઉપલબ્ધ બાયોડિગ્રેડેબલ સામગ્રીના આધારે બાયોડિગ્રેડેબલ, ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા, ભેજ-પ્રૂફ અને લો-પ્રેશર ડ્રોપ માસ્ક ફિલ્ટરની જાણ કરીએ છીએ.ભૌતિક ચાળણી અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણના સંયોજનને લીધે, CsW-કોટેડ માઇક્રોફાઇબર/નેનોફાઇબર સંકલિત ફિલ્ટરમાં ઉચ્ચ PM2.5 દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા (98% સુધી) છે, અને તે જ સમયે, સૌથી જાડા ફિલ્ટર પર મહત્તમ દબાણ ઘટાડો છે. માત્ર તે 59 Pa છે, જે માનવ શ્વાસ માટે યોગ્ય છે.N95 કોમર્શિયલ ફિલ્ટર દ્વારા પ્રદર્શિત નોંધપાત્ર કામગીરીમાં અધોગતિની તુલનામાં, આ ફિલ્ટર કાયમી CsW ચાર્જને કારણે, સંપૂર્ણ ભીનું હોવા છતાં પણ PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા (<1%) ના નજીવી નુકશાન દર્શાવે છે.વધુમાં, અમારા ફિલ્ટર્સ 4 અઠવાડિયાની અંદર ખાતરવાળી જમીનમાં સંપૂર્ણપણે બાયોડિગ્રેડેબલ છે.સમાન વિભાવનાઓ સાથેના અન્ય અભ્યાસોની સરખામણીમાં, જેમાં ફિલ્ટરનો ભાગ બાયોડિગ્રેડેબલ સામગ્રીથી બનેલો છે, અથવા સંભવિત બાયોપોલિમર નોનવોવન એપ્લિકેશન્સમાં મર્યાદિત પ્રદર્શન દર્શાવે છે, [6] આ ફિલ્ટર સીધા જ અદ્યતન સુવિધાઓની બાયોડિગ્રેડબિલિટી દર્શાવે છે (મૂવી S1, સહાયક માહિતી).
જાનુસ મેમ્બ્રેન ફિલ્ટરના ઘટક તરીકે, નેનોફાઈબર અને સુપરફાઈન ફાઈબર પીબીએસ મેટ્સ પ્રથમ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.તેથી, 11% અને 12% PBS સોલ્યુશન્સ અનુક્રમે નેનોમીટર અને માઇક્રોમીટર રેસા ઉત્પન્ન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોસ્પન હતા, તેમની સ્નિગ્ધતામાં તફાવતને કારણે.[૭] સોલ્યુશનની વિશેષતાઓ અને શ્રેષ્ઠ ઈલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પરિસ્થિતિઓની વિગતવાર માહિતી આધારભૂત માહિતીમાં કોષ્ટકો S1 અને S2 માં સૂચિબદ્ધ છે.જેમ-સ્પન ફાઇબરમાં હજુ પણ શેષ દ્રાવક હોય છે, આકૃતિ 2a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, લાક્ષણિક ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ ઉપકરણમાં વધારાના પાણીના કોગ્યુલેશન બાથ ઉમેરવામાં આવે છે.વધુમાં, વોટર બાથ ફ્રેમનો ઉપયોગ કોગ્યુલેટેડ શુદ્ધ પીબીએસ ફાઈબર મેટ એકત્રિત કરવા માટે પણ કરી શકે છે, જે પરંપરાગત સેટિંગમાં ઘન મેટ્રિક્સથી અલગ છે (આકૃતિ 2b).[7] માઇક્રોફાઇબર અને નેનોફાઇબર મેટનો સરેરાશ ફાઇબર વ્યાસ અનુક્રમે 2.25 અને 0.51 µm છે, અને સરેરાશ છિદ્ર વ્યાસ અનુક્રમે 13.1 અને 3.5 µm છે (આકૃતિ 2c, d).9:1 ​​ક્લોરોફોર્મ/ઇથેનોલ દ્રાવક નોઝલમાંથી મુક્ત થયા પછી ઝડપથી બાષ્પીભવન થાય છે, 11 અને 12 wt% સોલ્યુશન્સ વચ્ચે સ્નિગ્ધતાનો તફાવત ઝડપથી વધે છે (આકૃતિ S1, સહાયક માહિતી).[7] તેથી, માત્ર 1 wt% નો સાંદ્રતા તફાવત ફાઇબરના વ્યાસમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર લાવી શકે છે.
ફિલ્ટર કામગીરી તપાસતા પહેલા (આકૃતિ S2, સહાયક માહિતી), વિવિધ ફિલ્ટર્સની વ્યાજબી રીતે તુલના કરવા માટે, પ્રમાણભૂત જાડાઈના ઈલેક્ટ્રોસ્પન નોનવોવેન્સનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું હતું, કારણ કે જાડાઈ એ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે જે ફિલ્ટરની કામગીરીના દબાણ તફાવત અને ગાળણ કાર્યક્ષમતાને અસર કરે છે.નોનવોવેન્સ નરમ અને છિદ્રાળુ હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોસ્પન નોનવોવેન્સની જાડાઈ સીધી રીતે નક્કી કરવી મુશ્કેલ છે.ફેબ્રિકની જાડાઈ સામાન્ય રીતે સપાટીની ઘનતા (એકમ વિસ્તાર દીઠ વજન, આધાર વજન) માટે પ્રમાણસર હોય છે.તેથી, આ અભ્યાસમાં, અમે જાડાઈના અસરકારક માપ તરીકે આધાર વજન (gm-2) નો ઉપયોગ કરીએ છીએ.[૮] આકૃતિ 2e માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ સમયને બદલીને જાડાઈને નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.જેમ જેમ સ્પિનિંગનો સમય 1 મિનિટથી 10 મિનિટ સુધી વધે છે તેમ, માઇક્રોફાઇબર મેટની જાડાઈ અનુક્રમે 0.2, 2.0, 5.2 અને 9.1 ગ્રામ-2 સુધી વધે છે.એ જ રીતે, નેનોફાઈબર મેટની જાડાઈ અનુક્રમે 0.2, 1.0, 2.5 અને 4.8 ગ્રામ-2 સુધી વધારી દેવામાં આવી હતી.માઇક્રોફાઇબર અને નેનોફાઇબર મેટને તેમની જાડાઈના મૂલ્યો (gm-2) દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવે છે: M0.2, M2.0, M5.2 અને M9.1, અને N0.2, N1.0, N2.5 અને N4. 8.
સમગ્ર નમૂનાનો હવાના દબાણનો તફાવત (ΔP) એ ફિલ્ટર કામગીરીનું એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક છે.[૯] ઉચ્ચ દબાણના ઘટાડા સાથે ફિલ્ટર દ્વારા શ્વાસ લેવો વપરાશકર્તા માટે અસ્વસ્થતા છે.સ્વાભાવિક રીતે, એવું અવલોકન કરવામાં આવે છે કે ફિલ્ટરની જાડાઈમાં વધારો થતાં દબાણમાં ઘટાડો થાય છે, જેમ કે આકૃતિ S3, સહાયક માહિતીમાં બતાવેલ છે.નેનોફાઇબર મેટ (N4.8) તુલનાત્મક જાડાઈ પર માઇક્રોફાઇબર (M5.2) મેટ કરતાં વધુ દબાણમાં ઘટાડો દર્શાવે છે કારણ કે નેનોફાઇબર મેટમાં નાના છિદ્રો હોય છે.જેમ જેમ હવા ફિલ્ટરમાંથી 0.5 અને 13.2 ms-1 ની ઝડપે પસાર થાય છે, તેમ તેમ બે અલગ-અલગ પ્રકારનાં ફિલ્ટર્સનું દબાણ ડ્રોપ ધીમે ધીમે 101 Pa થી 102 Pa સુધી વધે છે. દબાણના ઘટાડાને અને PM દૂર કરવાને સંતુલિત કરવા માટે જાડાઈને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી જોઈએ. કાર્યક્ષમતા1.0 ms-1 નો હવાનો વેગ વાજબી છે કારણ કે મનુષ્યને મોં દ્વારા શ્વાસ લેવામાં જે સમય લાગે છે તે લગભગ 1.3 ms-1 છે.[૧૦] આ સંદર્ભે, M5.2 અને N4.8 નું દબાણ ડ્રોપ 1.0 ms-1 (50 Pa કરતાં ઓછું) (આકૃતિ S4, સહાયક માહિતી) ની હવાના વેગ પર સ્વીકાર્ય છે.કૃપા કરીને નોંધો કે N95 અને સમાન કોરિયન ફિલ્ટર સ્ટાન્ડર્ડ (KF94) માસ્કનું પ્રેશર ડ્રોપ અનુક્રમે 50 થી 70 Pa છે.આગળ CsW પ્રોસેસિંગ અને માઇક્રો/નેનો ફિલ્ટર એકીકરણ હવાના પ્રતિકારમાં વધારો કરી શકે છે;તેથી, પ્રેશર ડ્રોપ માર્જિન પ્રદાન કરવા માટે, અમે M5.2 અને N4.8 નું વિશ્લેષણ કરતા પહેલા N2.5 અને M2.0 નું વિશ્લેષણ કર્યું.
1.0 ms-1 ના લક્ષ્ય હવા વેગ પર, PBS માઇક્રોફાઇબર અને નેનોફાઇબર મેટ્સની PM1.0, PM2.5, અને PM10 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતાનો સ્થિર ચાર્જ વગર અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો (આકૃતિ S5, સહાયક માહિતી).એવું જોવામાં આવે છે કે PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા સામાન્ય રીતે જાડાઈ અને PM કદમાં વધારો સાથે વધે છે.N2.5 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા તેના નાના છિદ્રોને કારણે M2.0 કરતાં વધુ સારી છે.PM1.0, PM2.5 અને PM10 માટે M2.0 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 55.5%, 64.6% અને 78.8% હતી, જ્યારે N2.5 ના સમાન મૂલ્યો 71.9%, 80.1% અને 89.6% હતા (આકૃતિ 2f).અમે નોંધ્યું છે કે M2.0 અને N2.5 વચ્ચેની કાર્યક્ષમતામાં સૌથી મોટો તફાવત PM1.0 છે, જે સૂચવે છે કે માઇક્રોફાઇબર મેશની ભૌતિક ચાળણી માઇક્રોન-સ્તરના PM માટે અસરકારક છે, પરંતુ નેનો-લેવલ PM (આકૃતિ) માટે અસરકારક નથી. S6, સહાયક માહિતી)., M2.0 અને N2.5 બંને 90% કરતા ઓછાની ઓછી PM કેપ્ચર ક્ષમતા દર્શાવે છે.વધુમાં, N2.5 M2.0 કરતાં ધૂળ માટે વધુ સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે, કારણ કે ધૂળના કણો N2.5 ના નાના છિદ્રોને સરળતાથી અવરોધિત કરી શકે છે.સ્થિર ચાર્જની ગેરહાજરીમાં, ભૌતિક ચાળણી એ તેમની વચ્ચેના ટ્રેડ-ઓફ સંબંધને કારણે તે જ સમયે જરૂરી દબાણ ઘટાડવા અને દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતામાં મર્યાદિત છે.
ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણ એ કાર્યક્ષમ રીતે PM મેળવવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે.[૧૧] સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા બિન-વણાયેલા ફિલ્ટર પર સ્થિર ચાર્જ બળજબરીથી લાગુ કરવામાં આવે છે;જો કે, આ સ્થિર ચાર્જ ભેજવાળી સ્થિતિમાં સરળતાથી વિખેરી નાખવામાં આવે છે, જેના પરિણામે PM કેપ્ચર કરવાની ક્ષમતા ખોવાઈ જાય છે.[૪] ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ફિલ્ટરેશન માટે બાયો-આધારિત સામગ્રી તરીકે, અમે 200 nm લાંબુ અને 40 nm પહોળું CsW રજૂ કર્યું;તેમના એમોનિયમ જૂથો અને ધ્રુવીય એમાઈડ જૂથોને કારણે, આ નેનોહિસ્કરમાં કાયમી કેશનિક ચાર્જ હોય ​​છે.CsW ની સપાટી પર ઉપલબ્ધ હકારાત્મક ચાર્જ તેના ઝેટા સંભવિત (ZP) દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે;CsW 4.8 pH સાથે પાણીમાં વિખેરાઈ જાય છે, અને તેમની ZP +49.8 mV (આકૃતિ S7, સહાયક માહિતી) હોવાનું જણાયું છે.
CsW-કોટેડ PBS માઈક્રોફાઈબર્સ (ChMs) અને nanofibers (ChNs) 0.2 wt% CsW પાણીના વિક્ષેપમાં સાદા ડીપ કોટિંગ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, જે PBS ફાઈબરની સપાટી પર CsW ની મહત્તમ માત્રાને જોડવા માટે યોગ્ય સાંદ્રતા છે, જેમાં બતાવ્યા પ્રમાણે આકૃતિ 3a અને આકૃતિ S8 માં બતાવેલ આકૃતિ, સહાયક માહિતી.નાઈટ્રોજન એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) ઈમેજ બતાવે છે કે PBS ફાઈબરની સપાટી એકસરખી રીતે CsW કણો સાથે કોટેડ છે, જે સ્કેનિંગ ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપ (SEM) ઈમેજ (આકૃતિ 3b; આકૃતિ S9, સહાયક માહિતી)માં પણ સ્પષ્ટ છે. .વધુમાં, આ કોટિંગ પદ્ધતિ ચાર્જ્ડ નેનોમટેરિયલ્સને ફાયબરની સપાટીને બારીક લપેટીને સક્ષમ કરે છે, જેનાથી ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક PM દૂર કરવાની ક્ષમતા (આકૃતિ S10, સહાયક માહિતી) મહત્તમ થાય છે.
ChM અને ChN ની PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતાનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો (આકૃતિ 3c).અનુક્રમે ChM2.0 અને ChN2.5 ઉત્પન્ન કરવા માટે M2.0 અને N2.5 CsW સાથે કોટેડ હતા.PM1.0, PM2.5 અને PM10 માટે ChM2.0 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 70.1%, 78.8% અને 86.3% હતી, જ્યારે ChN2.5 ના સમાન મૂલ્યો અનુક્રમે 77.0%, 87.7% અને 94.6% હતા.CsW કોટિંગ M2.0 અને N2.5 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતામાં ઘણો સુધારો કરે છે, અને થોડી નાની PM માટે જોવા મળેલી અસર વધુ નોંધપાત્ર છે.ખાસ કરીને, chitosan nanowhiskers એ M2.0′s PM0.5 અને PM1.0 ની દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતામાં અનુક્રમે 15% અને 13% વધારો કર્યો છે (આકૃતિ S11, સહાયક માહિતી).જો કે M2.0 તેના પ્રમાણમાં વિશાળ ફાઈબ્રિલ અંતર (આકૃતિ 2c) ને કારણે નાના PM1.0 ને બાકાત રાખવું મુશ્કેલ છે, ChM2.0 PM1.0 ને શોષી લે છે કારણ કે CsWs માં કેશન અને એમાઈડ્સ આયન-આયનમાંથી પસાર થાય છે, ધ્રુવ-આયન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને જોડે છે. , અને ધૂળ સાથે દ્વિધ્રુવ-દ્વિધ્રુવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા.તેના CsW કોટિંગને લીધે, ChM2.0 અને ChN2.5 ની PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા વધુ ગાઢ M5.2 અને N4.8 (ટેબલ S3, સહાયક માહિતી) જેટલી ઊંચી છે.
રસપ્રદ વાત એ છે કે, PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતામાં ઘણો સુધારો થયો હોવા છતાં, CsW કોટિંગ પ્રેશર ડ્રોપને ભાગ્યે જ અસર કરે છે.ChM2.0 અને ChN2.5 ના દબાણમાં થોડો વધારો 15 અને 23 Pa થયો, લગભગ અડધો વધારો M5.2 અને N4.8 (આકૃતિ 3d; કોષ્ટક S3, સહાયક માહિતી) માટે જોવા મળે છે.તેથી, જૈવ-આધારિત સામગ્રી સાથે કોટિંગ એ બે મૂળભૂત ફિલ્ટર્સની કામગીરીની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે યોગ્ય પદ્ધતિ છે;એટલે કે, PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને હવાના દબાણનો તફાવત, જે પરસ્પર વિશિષ્ટ છે.જો કે, ChM2.0 અને ChN2.5 ની PM1.0 અને PM2.5 દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા બંને 90% કરતા ઓછી છે;દેખીતી રીતે, આ કામગીરી સુધારવાની જરૂર છે.
ધીમે ધીમે બદલાતા ફાઇબરના વ્યાસ અને છિદ્રના કદ સાથે બહુવિધ પટલની બનેલી એક સંકલિત ગાળણ પ્રણાલી ઉપરોક્ત સમસ્યાઓને હલ કરી શકે છે [12].ઈન્ટિગ્રેટેડ એર ફિલ્ટરમાં બે અલગ અલગ નેનોફાઈબર અને સુપરફાઈન ફાઈબર નેટના ફાયદા છે.આ સંદર્ભમાં, ChM અને ChN સંકલિત ફિલ્ટર્સ (Int-MNs) બનાવવા માટે સરળ રીતે સ્ટેક કરવામાં આવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, Int-MN4.5 ChM2.0 અને ChN2.5 નો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવે છે, અને તેની કામગીરી ChN4.8 અને ChM5.2 સાથે સરખાવવામાં આવે છે જે સમાન ક્ષેત્રીય ઘનતા (એટલે ​​​​કે જાડાઈ) ધરાવે છે.PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા પ્રયોગમાં, Int-MN4.5 ની અલ્ટ્રાફાઇન ફાઇબર બાજુ ધૂળવાળા ઓરડામાં ખુલ્લી પડી હતી કારણ કે અલ્ટ્રાફાઇન ફાઇબર બાજુ નેનોફાઇબર બાજુ કરતાં ભરાયેલા થવા માટે વધુ પ્રતિરોધક હતી.આકૃતિ 4a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, Int-MN4.5 બે સિંગલ-કમ્પોનન્ટ ફિલ્ટર્સ કરતાં વધુ સારી PM દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા અને દબાણ તફાવત દર્શાવે છે, જેમાં 37 Pa પ્રેશર ડ્રોપ છે, જે ChM5.2 જેવું જ છે અને ChM5.2 ChN4 કરતાં ઘણું ઓછું છે.8. વધુમાં, Int-MN4.5 ની PM1.0 દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા 91% છે (આકૃતિ 4b).બીજી બાજુ, ChM5.2 એ આટલી ઊંચી PM1.0 દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા દર્શાવી નથી કારણ કે તેના છિદ્રો Int-MN4.5 કરતા મોટા છે.