బయోడిగ్రేడబుల్, ఎఫెక్టివ్ మరియు బ్రీతబుల్ మల్టీ-పర్పస్ మాస్క్ ఫిల్టర్-చోయ్-2021-అడ్వాన్స్‌డ్ సైన్స్

కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
కొరియా ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమికల్ టెక్నాలజీ (KRICT) బయోబేస్డ్ కెమిస్ట్రీ రీసెర్చ్ సెంటర్, ఉల్సాన్, 44429, రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UST), డేజియోన్, 34113 రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కొరియా
ఈ కథనం యొక్క పూర్తి టెక్స్ట్ వెర్షన్‌ను మీ స్నేహితులు మరియు సహోద్యోగులతో పంచుకోవడానికి క్రింది లింక్‌ని ఉపయోగించండి.ఇంకా నేర్చుకో.
కరోనావైరస్ మహమ్మారి మరియు గాలిలోని పార్టిక్యులేట్ మ్యాటర్ (PM)కి సంబంధించిన సమస్యల కారణంగా, మాస్క్‌లకు డిమాండ్ విపరీతంగా పెరిగింది.అయినప్పటికీ, స్టాటిక్ ఎలక్ట్రిసిటీ మరియు నానో జల్లెడపై ఆధారపడిన సాంప్రదాయ ముసుగు ఫిల్టర్‌లు అన్నీ పునర్వినియోగపరచదగినవి, నాన్-డిగ్రేడబుల్ లేదా రీసైకిల్ చేయగలవు, ఇవి తీవ్రమైన వ్యర్థ సమస్యలను కలిగిస్తాయి.అదనంగా, మునుపటిది తేమతో కూడిన పరిస్థితులలో దాని పనితీరును కోల్పోతుంది, అయితే రెండోది గణనీయమైన గాలి ఒత్తిడి తగ్గుదలతో పని చేస్తుంది మరియు సాపేక్షంగా వేగంగా రంధ్రము అడ్డుపడుతుంది.ఇక్కడ, బయోడిగ్రేడబుల్, తేమ-ప్రూఫ్, అధిక శ్వాసక్రియ, అధిక పనితీరు కలిగిన ఫైబర్ మాస్క్ ఫిల్టర్ అభివృద్ధి చేయబడింది.సంక్షిప్తంగా, రెండు బయోడిగ్రేడబుల్ అల్ట్రాఫైన్ ఫైబర్‌లు మరియు నానోఫైబర్ మ్యాట్‌లు జానస్ మెమ్బ్రేన్ ఫిల్టర్‌లో ఏకీకృతం చేయబడ్డాయి మరియు తరువాత కాటినికల్ చార్జ్ చేయబడిన చిటోసాన్ నానోహిస్కర్‌లతో పూత పూయబడతాయి.ఈ ఫిల్టర్ వాణిజ్య N95 ఫిల్టర్ వలె సమర్థవంతమైనది మరియు 2.5 µm PMలో 98.3%ని తీసివేయగలదు.నానోఫైబర్‌లు భౌతికంగా సూక్ష్మ కణాలను తెరుస్తాయి మరియు అల్ట్రాఫైన్ ఫైబర్‌లు 59 Pa తక్కువ పీడన వ్యత్యాసాన్ని అందిస్తాయి, ఇది మానవ శ్వాసకు అనుకూలంగా ఉంటుంది.తేమకు గురైనప్పుడు వాణిజ్య N95 ఫిల్టర్‌ల పనితీరులో పదునైన క్షీణతకు విరుద్ధంగా, ఈ ఫిల్టర్ యొక్క పనితీరు నష్టం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి చిటోసాన్ యొక్క శాశ్వత ద్విధ్రువం అల్ట్రాఫైన్ PM (ఉదాహరణకు, నైట్రోజన్)ని శోషిస్తుంది కాబట్టి దీనిని చాలాసార్లు ఉపయోగించవచ్చు.మరియు సల్ఫర్ ఆక్సైడ్లు).ఈ వడపోత 4 వారాలలో కంపోస్ట్ చేసిన మట్టిలో పూర్తిగా కుళ్ళిపోవడం ముఖ్యం.
ప్రస్తుత అపూర్వమైన కరోనావైరస్ మహమ్మారి (COVID-19) మాస్క్‌లకు విపరీతమైన డిమాండ్‌ను పెంచుతోంది.[1] ప్రపంచ ఆరోగ్య సంస్థ (WHO) అంచనా ప్రకారం ఈ సంవత్సరం ప్రతి నెలా 89 మిలియన్ల మెడికల్ మాస్క్‌లు అవసరమవుతాయి.[1] ఆరోగ్య సంరక్షణ నిపుణులకు మాత్రమే అధిక సామర్థ్యం గల N95 మాస్క్‌లు అవసరం, కానీ వ్యక్తులందరికీ సాధారణ-ప్రయోజన ముసుగులు కూడా ఈ శ్వాసకోశ అంటు వ్యాధి నివారణకు అనివార్యమైన రోజువారీ సామగ్రిగా మారాయి.[1] అదనంగా, సంబంధిత మంత్రిత్వ శాఖలు ప్రతిరోజూ డిస్పోజబుల్ మాస్క్‌లను ఉపయోగించాలని గట్టిగా సిఫార్సు చేస్తున్నాయి, [1] ఇది పెద్ద మొత్తంలో ముసుగు వ్యర్థాలకు సంబంధించిన పర్యావరణ సమస్యలకు దారితీసింది.
పార్టిక్యులేట్ మ్యాటర్ (PM) ప్రస్తుతం అత్యంత సమస్యాత్మకమైన వాయు కాలుష్య సమస్య అయినందున, ముసుగులు వ్యక్తులకు అత్యంత ప్రభావవంతమైన ప్రతిఘటనగా మారాయి.PM కణ పరిమాణం (వరుసగా 2.5 మరియు 10μm) ప్రకారం PM2.5 మరియు PM10గా విభజించబడింది, ఇది సహజ పర్యావరణాన్ని [2] మరియు వివిధ మార్గాల్లో మానవ జీవన నాణ్యతను తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.[2] ప్రతి సంవత్సరం, PM కారణంగా 4.2 మిలియన్ల మరణాలు మరియు 103.1 మిలియన్ల వైకల్యం సర్దుబాటు చేయబడిన జీవిత సంవత్సరాలు.[2] PM2.5 ఆరోగ్యానికి ముఖ్యంగా తీవ్రమైన ముప్పును కలిగిస్తుంది మరియు అధికారికంగా గ్రూప్ I కార్సినోజెన్‌గా గుర్తించబడింది.[2] అందువల్ల, గాలి పారగమ్యత మరియు PM తొలగింపు పరంగా సమర్థవంతమైన ముసుగు ఫిల్టర్‌ను పరిశోధించడం మరియు అభివృద్ధి చేయడం సమయానుకూలమైనది మరియు ముఖ్యమైనది.[3]
సాధారణంగా చెప్పాలంటే, సాంప్రదాయ ఫైబర్ ఫిల్టర్‌లు PMని రెండు రకాలుగా సంగ్రహిస్తాయి: నానోఫైబర్‌ల ఆధారంగా భౌతిక జల్లెడ ద్వారా మరియు మైక్రోఫైబర్‌ల ఆధారంగా ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ అధిశోషణం (మూర్తి 1a).నానోఫైబర్-ఆధారిత ఫిల్టర్‌ల ఉపయోగం, ముఖ్యంగా ఎలక్ట్రోస్పన్ నానోఫైబర్ మాట్స్, PMని తొలగించడానికి సమర్థవంతమైన వ్యూహంగా నిరూపించబడింది, ఇది విస్తృతమైన పదార్థ లభ్యత మరియు నియంత్రించదగిన ఉత్పత్తి నిర్మాణం ఫలితంగా ఉంది.[3] నానోఫైబర్ మత్ లక్ష్య పరిమాణంలోని కణాలను తొలగించగలదు, ఇది కణాలు మరియు రంధ్రాల మధ్య పరిమాణ వ్యత్యాసం కారణంగా ఏర్పడుతుంది.[3] అయినప్పటికీ, నానో-స్కేల్ ఫైబర్‌లను చాలా చిన్న రంధ్రాలను ఏర్పరచడానికి దట్టంగా పేర్చవలసి ఉంటుంది, ఇవి సంబంధిత అధిక పీడన వ్యత్యాసం కారణంగా సౌకర్యవంతమైన మానవ శ్వాసకు హానికరం.అదనంగా, చిన్న రంధ్రాలు అనివార్యంగా సాపేక్షంగా త్వరగా నిరోధించబడతాయి.
మరోవైపు, మెల్ట్‌బ్లోన్ అల్ట్రా-ఫైన్ ఫైబర్ మ్యాట్ అధిక-శక్తి విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్‌గా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు చాలా చిన్న కణాలు ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ అధిశోషణం ద్వారా సంగ్రహించబడతాయి.[4] ఒక ప్రతినిధి ఉదాహరణగా, N95 రెస్పిరేటర్ అనేది పార్టికల్-ఫిల్టరింగ్ ఫేస్-మాస్క్ రెస్పిరేటర్, ఇది నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఆక్యుపేషనల్ సేఫ్టీ అండ్ హెల్త్ యొక్క అవసరాలను తీరుస్తుంది ఎందుకంటే ఇది కనీసం 95% గాలిలో కణాలను ఫిల్టర్ చేయగలదు.ఈ రకమైన వడపోత అల్ట్రాఫైన్ PMని గ్రహిస్తుంది, ఇది సాధారణంగా బలమైన ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఆకర్షణ ద్వారా SO42− మరియు NO3− వంటి అయానిక్ పదార్ధాలతో కూడి ఉంటుంది.అయినప్పటికీ, ఫైబర్ మ్యాట్ యొక్క ఉపరితలంపై ఉండే స్టాటిక్ ఛార్జ్ తేమతో కూడిన వాతావరణంలో సులభంగా వెదజల్లుతుంది, తేమతో కూడిన మానవ శ్వాసలో కనుగొనబడుతుంది, [4] ఫలితంగా శోషణ సామర్థ్యం తగ్గుతుంది.
వడపోత పనితీరును మరింత మెరుగుపరచడానికి లేదా తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు ఒత్తిడి తగ్గుదల మధ్య ట్రేడ్-ఆఫ్‌ను పరిష్కరించడానికి, నానోఫైబర్‌లు మరియు మైక్రోఫైబర్‌లపై ఆధారపడిన ఫిల్టర్‌లు కార్బన్ పదార్థాలు, మెటల్ ఆర్గానిక్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌లు మరియు PTFE నానోపార్టికల్స్ వంటి అధిక-k పదార్థాలతో కలుపుతారు.[4] అయినప్పటికీ, ఈ సంకలితాల యొక్క అనిశ్చిత జీవ విషపూరితం మరియు ఛార్జ్ వెదజల్లడం ఇప్పటికీ నివారించలేని సమస్యలు.[4] ప్రత్యేకించి, ఈ రెండు రకాల సాంప్రదాయ ఫిల్టర్‌లు సాధారణంగా అధోకరణం చెందవు, కాబట్టి అవి చివరికి పల్లపు ప్రదేశాల్లో పాతిపెట్టబడతాయి లేదా ఉపయోగించిన తర్వాత కాల్చివేయబడతాయి.అందువల్ల, ఈ వ్యర్థ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి మెరుగైన ముసుగు ఫిల్టర్‌లను అభివృద్ధి చేయడం మరియు అదే సమయంలో PMని సంతృప్తికరంగా మరియు శక్తివంతమైన పద్ధతిలో సంగ్రహించడం ఒక ముఖ్యమైన ప్రస్తుత అవసరం.
పై సమస్యలను పరిష్కరించడానికి, మేము పాలీ(బ్యూటిలీన్ సక్సినేట్)-ఆధారిత (PBS-ఆధారిత)[5] మైక్రోఫైబర్ మరియు నానోఫైబర్ మ్యాట్‌లతో అనుసంధానించబడిన జానస్ మెమ్బ్రేన్ ఫిల్టర్‌ను తయారు చేసాము.జానస్ మెమ్బ్రేన్ ఫిల్టర్ చిటోసాన్ నానో మీసాలు (CsWs) [5] (మూర్తి 1b)తో పూత చేయబడింది.మనందరికీ తెలిసినట్లుగా, PBS అనేది ఒక ప్రతినిధి బయోడిగ్రేడబుల్ పాలిమర్, ఇది ఎలక్ట్రోస్పిన్నింగ్ ద్వారా అల్ట్రాఫైన్ ఫైబర్ మరియు నానోఫైబర్ నాన్‌వోవెన్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదు.నానో-స్కేల్ ఫైబర్‌లు PMని భౌతికంగా ట్రాప్ చేస్తాయి, అయితే మైక్రో-స్కేల్ నానో-ఫైబర్‌లు ఒత్తిడి తగ్గడాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు CsW ఫ్రేమ్‌వర్క్‌గా పనిచేస్తాయి.చిటోసాన్ అనేది బయో-ఆధారిత పదార్థం, ఇది బయో కాంపాబిలిటీ, బయోడిగ్రేడబిలిటీ మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ విషపూరితం [5] సహా మంచి జీవసంబంధమైన లక్షణాలను కలిగి ఉందని నిరూపించబడింది, ఇది వినియోగదారుల ప్రమాదవశాత్తూ పీల్చడం వల్ల కలిగే ఆందోళనను తగ్గిస్తుంది.[5] అదనంగా, చిటోసాన్ కాటినిక్ సైట్లు మరియు పోలార్ అమైడ్ సమూహాలను కలిగి ఉంది.[5] తేమతో కూడిన పరిస్థితుల్లో కూడా, ఇది ధ్రువ అల్ట్రాఫైన్ కణాలను (SO42- మరియు NO3- వంటివి) ఆకర్షించగలదు.
ఇక్కడ, మేము సులభంగా అందుబాటులో ఉన్న బయోడిగ్రేడబుల్ మెటీరియల్‌ల ఆధారంగా బయోడిగ్రేడబుల్, హై-ఎఫిషియెన్సీ, తేమ-ప్రూఫ్ మరియు లో-ప్రెజర్ డ్రాప్ మాస్క్ ఫిల్టర్‌ను నివేదిస్తాము.భౌతిక జల్లెడ మరియు ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ శోషణ కలయిక కారణంగా, CsW-కోటెడ్ మైక్రోఫైబర్/నానోఫైబర్ ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫిల్టర్ అధిక PM2.5 తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని (98% వరకు) కలిగి ఉంటుంది మరియు అదే సమయంలో, దట్టమైన ఫిల్టర్‌పై గరిష్ట పీడనం తగ్గుతుంది. ఇది 59 Pa మాత్రమే, మానవ శ్వాసకు అనుకూలం.N95 కమర్షియల్ ఫిల్టర్ ప్రదర్శించిన గణనీయమైన పనితీరు క్షీణతతో పోలిస్తే, ఈ ఫిల్టర్ శాశ్వత CsW ఛార్జ్ కారణంగా పూర్తిగా తడిగా ఉన్నప్పుడు కూడా PM తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని (<1%) అతితక్కువ నష్టాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది.అదనంగా, మా ఫిల్టర్లు 4 వారాలలో కంపోస్ట్ చేసిన మట్టిలో పూర్తిగా జీవఅధోకరణం చెందుతాయి.ఫిల్టర్ భాగం బయోడిగ్రేడబుల్ మెటీరియల్స్‌తో కూడిన ఇతర అధ్యయనాలతో పోలిస్తే, లేదా సంభావ్య బయోపాలిమర్ నాన్‌వోవెన్ అప్లికేషన్‌లలో పరిమిత పనితీరును చూపుతుంది, [6] ఈ ఫిల్టర్ అధునాతన ఫీచర్ల బయోడిగ్రేడబిలిటీని నేరుగా చూపిస్తుంది (మూవీ S1, సపోర్టింగ్ సమాచారం).
జానస్ మెమ్బ్రేన్ ఫిల్టర్‌లో భాగంగా, నానోఫైబర్ మరియు సూపర్‌ఫైన్ ఫైబర్ PBS మ్యాట్‌లు మొదట తయారు చేయబడ్డాయి.అందువల్ల, 11% మరియు 12% PBS సొల్యూషన్‌లు స్నిగ్ధతలో వాటి వ్యత్యాసం కారణంగా వరుసగా నానోమీటర్ మరియు మైక్రోమీటర్ ఫైబర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎలక్ట్రోస్పన్ చేయబడ్డాయి.[7] పరిష్కార లక్షణాలు మరియు సరైన ఎలెక్ట్రోస్పిన్నింగ్ పరిస్థితుల యొక్క వివరణాత్మక సమాచారం సహాయక సమాచారంలో పట్టికలు S1 మరియు S2లో ఇవ్వబడింది.స్పిన్ ఫైబర్ ఇప్పటికీ అవశేష ద్రావకాన్ని కలిగి ఉన్నందున, మూర్తి 2aలో చూపిన విధంగా ఒక సాధారణ ఎలక్ట్రోస్పిన్నింగ్ పరికరానికి అదనపు నీటి గడ్డకట్టే స్నానం జోడించబడుతుంది.అదనంగా, నీటి స్నానం కూడా గడ్డకట్టిన స్వచ్ఛమైన PBS ఫైబర్ మత్‌ను సేకరించడానికి ఫ్రేమ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు, ఇది సాంప్రదాయ అమరికలోని ఘన మాతృక నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది (మూర్తి 2b).[7] మైక్రోఫైబర్ మరియు నానోఫైబర్ మాట్స్ యొక్క సగటు ఫైబర్ వ్యాసం వరుసగా 2.25 మరియు 0.51 µm, మరియు సగటు రంధ్ర వ్యాసాలు వరుసగా 13.1 మరియు 3.5 µm (మూర్తి 2c, d).నాజిల్ నుండి విడుదలైన తర్వాత 9:1 క్లోరోఫామ్/ఇథనాల్ ద్రావకం త్వరగా ఆవిరైపోతుంది కాబట్టి, 11 మరియు 12 wt% పరిష్కారాల మధ్య స్నిగ్ధత వ్యత్యాసం వేగంగా పెరుగుతుంది (మూర్తి S1, సహాయక సమాచారం).[7] కాబట్టి, 1 wt% మాత్రమే గాఢత వ్యత్యాసం ఫైబర్ వ్యాసంలో గణనీయమైన మార్పును కలిగిస్తుంది.
ఫిల్టర్ పనితీరును తనిఖీ చేసే ముందు (Figure S2, సపోర్టింగ్ సమాచారం), వివిధ ఫిల్టర్‌లను సహేతుకంగా పోల్చడానికి, ప్రామాణిక మందం కలిగిన ఎలక్ట్రోస్పన్ నాన్‌వోవెన్‌లు తయారు చేయబడ్డాయి, ఎందుకంటే ఫిల్టర్ పనితీరు యొక్క ఒత్తిడి వ్యత్యాసం మరియు వడపోత సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేసే మందం ఒక ముఖ్యమైన అంశం.నాన్‌వోవెన్‌లు మృదువుగా మరియు పోరస్‌గా ఉంటాయి కాబట్టి, ఎలక్ట్రోస్పన్ నాన్‌వోవెన్‌ల మందాన్ని నేరుగా గుర్తించడం కష్టం.ఫాబ్రిక్ యొక్క మందం సాధారణంగా ఉపరితల సాంద్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది (యూనిట్ ప్రాంతానికి బరువు, ఆధార బరువు).కాబట్టి, ఈ అధ్యయనంలో, మేము మందం యొక్క ప్రభావవంతమైన కొలతగా బేసిస్ బరువు (gm-2) ను ఉపయోగిస్తాము.[8] మూర్తి 2eలో చూపిన విధంగా ఎలెక్ట్రోస్పిన్నింగ్ సమయాన్ని మార్చడం ద్వారా మందం నియంత్రించబడుతుంది.స్పిన్నింగ్ సమయం 1 నిమిషం నుండి 10 నిమిషాలకు పెరగడంతో, మైక్రోఫైబర్ మ్యాట్ యొక్క మందం వరుసగా 0.2, 2.0, 5.2 మరియు 9.1 gm-2కి పెరుగుతుంది.అదే విధంగా, నానోఫైబర్ మ్యాట్ యొక్క మందం వరుసగా 0.2, 1.0, 2.5 మరియు 4.8 gm-2కి పెంచబడింది.మైక్రోఫైబర్ మరియు నానోఫైబర్ మ్యాట్‌లు వాటి మందం విలువలు (gm-2) ద్వారా నిర్దేశించబడ్డాయి: M0.2, M2.0, M5.2 మరియు M9.1, మరియు N0.2, N1.0, N2.5 మరియు N4. 8.
మొత్తం నమూనా యొక్క గాలి పీడన వ్యత్యాసం (ΔP) ఫిల్టర్ పనితీరు యొక్క ముఖ్యమైన సూచిక.[9] అధిక పీడన తగ్గుదలతో ఫిల్టర్ ద్వారా శ్వాస తీసుకోవడం వినియోగదారుకు అసౌకర్యంగా ఉంటుంది.సహజంగా, ఫిల్టర్ యొక్క మందం పెరిగేకొద్దీ ఒత్తిడి తగ్గుదల పెరుగుతుందని గమనించవచ్చు, ఫిగర్ S3లో చూపిన విధంగా, సహాయక సమాచారం.నానోఫైబర్ మ్యాట్ (N4.8) మైక్రోఫైబర్ (M5.2) మ్యాట్ కంటే పోల్చదగిన మందంతో అధిక పీడన తగ్గుదలని చూపుతుంది ఎందుకంటే నానోఫైబర్ మత్ చిన్న రంధ్రాలను కలిగి ఉంటుంది.గాలి 0.5 మరియు 13.2 ms-1 మధ్య వేగంతో ఫిల్టర్ గుండా వెళుతున్నప్పుడు, రెండు విభిన్న రకాల ఫిల్టర్‌ల ఒత్తిడి తగ్గుదల క్రమంగా 101 Pa నుండి 102 Pa వరకు పెరుగుతుంది. పీడన తగ్గుదల మరియు PM తొలగింపును సమతుల్యం చేయడానికి మందాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయాలి. సమర్థత;1.0 ms-1 గాలి వేగం సహేతుకమైనది ఎందుకంటే మానవులు నోటి ద్వారా శ్వాస తీసుకోవడానికి పట్టే సమయం 1.3 ms-1.[10] ఈ విషయంలో, M5.2 మరియు N4.8 యొక్క ఒత్తిడి తగ్గుదల 1.0 ms-1 (50 Pa కంటే తక్కువ) యొక్క గాలి వేగంతో ఆమోదయోగ్యమైనది (మూర్తి S4, సహాయక సమాచారం).దయచేసి N95 మరియు ఇలాంటి కొరియన్ ఫిల్టర్ స్టాండర్డ్ (KF94) మాస్క్‌ల ఒత్తిడి తగ్గుదల వరుసగా 50 నుండి 70 Pa వరకు ఉంటుందని గమనించండి.ఇంకా CsW ప్రాసెసింగ్ మరియు మైక్రో/నానో ఫిల్టర్ ఇంటిగ్రేషన్ గాలి నిరోధకతను పెంచుతుంది;అందువల్ల, ప్రెజర్ డ్రాప్ మార్జిన్‌ని అందించడానికి, మేము M5.2 మరియు N4.8ని విశ్లేషించే ముందు N2.5 మరియు M2.0ని విశ్లేషించాము.
1.0 ms-1 లక్ష్య వాయు వేగంతో, PBS మైక్రోఫైబర్ మరియు నానోఫైబర్ మాట్‌ల యొక్క PM1.0, PM2.5 మరియు PM10 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యం స్టాటిక్ ఛార్జ్ లేకుండా అధ్యయనం చేయబడింది (మూర్తి S5, సహాయక సమాచారం).మందం మరియు PM పరిమాణం పెరుగుదలతో PM తొలగింపు సామర్థ్యం సాధారణంగా పెరుగుతుందని గమనించవచ్చు.N2.5 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యం దాని చిన్న రంధ్రాల కారణంగా M2.0 కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది.PM1.0, PM2.5 మరియు PM10 కోసం M2.0 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యాలు వరుసగా 55.5%, 64.6% మరియు 78.8% కాగా, N2.5 యొక్క సారూప్య విలువలు 71.9%, 80.1% మరియు 89.6% (మూర్తి 2f).M2.0 మరియు N2.5 మధ్య సామర్థ్యంలో అతిపెద్ద వ్యత్యాసం PM1.0 అని మేము గమనించాము, ఇది మైక్రోఫైబర్ మెష్ యొక్క భౌతిక జల్లెడ మైక్రాన్-స్థాయి PMకి ప్రభావవంతంగా ఉంటుందని సూచిస్తుంది, కానీ నానో-స్థాయి PMకి ప్రభావవంతంగా ఉండదు (మూర్తి S6, సహాయక సమాచారం)., M2.0 మరియు N2.5 రెండూ 90% కంటే తక్కువ PM క్యాప్చర్ సామర్థ్యాన్ని చూపుతాయి.అదనంగా, M2.0 కంటే N2.5 ధూళికి ఎక్కువ అవకాశం ఉంది, ఎందుకంటే దుమ్ము కణాలు N2.5 యొక్క చిన్న రంధ్రాలను సులభంగా నిరోధించగలవు.స్టాటిక్ ఛార్జ్ లేనప్పుడు, భౌతిక జల్లెడ వాటి మధ్య ట్రేడ్-ఆఫ్ సంబంధం కారణంగా అదే సమయంలో అవసరమైన ఒత్తిడి తగ్గుదల మరియు తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని సాధించే సామర్థ్యంలో పరిమితం చేయబడింది.
ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ అధిశోషణం అనేది PMని సమర్థవంతమైన పద్ధతిలో సంగ్రహించడానికి అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే పద్ధతి.[11] సాధారణంగా, అధిక-శక్తి విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా నాన్-నేసిన వడపోతకు స్టాటిక్ ఛార్జ్ బలవంతంగా వర్తించబడుతుంది;అయినప్పటికీ, ఈ స్టాటిక్ ఛార్జ్ తేమతో కూడిన పరిస్థితులలో సులభంగా వెదజల్లుతుంది, దీని ఫలితంగా PM క్యాప్చర్ సామర్థ్యం కోల్పోతుంది.[4] ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ వడపోత కోసం బయో-ఆధారిత పదార్థంగా, మేము 200 nm పొడవు మరియు 40 nm వెడల్పు CsWని పరిచయం చేసాము;వాటి అమ్మోనియం సమూహాలు మరియు పోలార్ అమైడ్ సమూహాల కారణంగా, ఈ నానోహిస్కర్‌లు శాశ్వత కాటినిక్ ఛార్జీలను కలిగి ఉంటాయి.CsW ఉపరితలంపై అందుబాటులో ఉన్న సానుకూల చార్జ్ దాని జీటా పొటెన్షియల్ (ZP) ద్వారా సూచించబడుతుంది;CsW 4.8 pHతో నీటిలో చెదరగొట్టబడుతుంది మరియు వాటి ZP +49.8 mV (Figure S7, సహాయక సమాచారం)గా గుర్తించబడింది.
CsW- పూతతో కూడిన PBS మైక్రోఫైబర్‌లు (ChMs) మరియు నానోఫైబర్‌లు (ChNలు) 0.2 wt% CsW నీటి వ్యాప్తిలో సాధారణ డిప్ పూత ద్వారా తయారు చేయబడ్డాయి, ఇది PBS ఫైబర్‌ల ఉపరితలంపై గరిష్ట మొత్తంలో CsW లను అటాచ్ చేయడానికి తగిన సాంద్రత. మూర్తి 3a మరియు Figure S8లో చూపబడిన బొమ్మ, సహాయక సమాచారం.నైట్రోజన్ ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) చిత్రం PBS ఫైబర్ యొక్క ఉపరితలం ఏకరీతిలో CsW కణాలతో పూత పూయబడిందని చూపిస్తుంది, ఇది స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (SEM) ఇమేజ్‌లో కూడా స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది (మూర్తి 3b; మూర్తి S9, సహాయక సమాచారం) .అదనంగా, ఈ పూత పద్ధతి ఫైబర్ ఉపరితలాన్ని చక్కగా చుట్టడానికి చార్జ్ చేయబడిన సూక్ష్మ పదార్ధాలను అనుమతిస్తుంది, తద్వారా ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ PM తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది (మూర్తి S10, సపోర్టింగ్ సమాచారం).
ChM మరియు ChN యొక్క PM తొలగింపు సామర్థ్యం అధ్యయనం చేయబడింది (మూర్తి 3 సి).M2.0 మరియు N2.5 వరుసగా ChM2.0 మరియు ChN2.5లను ఉత్పత్తి చేయడానికి CsWతో పూత పూయబడ్డాయి.PM1.0, PM2.5 మరియు PM10 కోసం ChM2.0 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యాలు వరుసగా 70.1%, 78.8% మరియు 86.3% కాగా, ChN2.5 యొక్క సారూప్య విలువలు వరుసగా 77.0%, 87.7% మరియు 94.6%.CsW పూత M2.0 మరియు N2.5 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు కొద్దిగా చిన్న PM కోసం గమనించిన ప్రభావం మరింత ముఖ్యమైనది.ప్రత్యేకించి, chitosan nanowhiskers M2.0′s PM0.5 మరియు PM1.0 యొక్క తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని వరుసగా 15% మరియు 13% పెంచింది (మూర్తి S11, సపోర్టింగ్ సమాచారం).M2.0 దాని సాపేక్షంగా విస్తృత ఫైబ్రిల్ స్పేసింగ్ (Figure 2c) కారణంగా చిన్న PM1.0ని మినహాయించడం కష్టం అయినప్పటికీ, ChM2.0 PM1.0ని శోషిస్తుంది ఎందుకంటే CsWలలోని కాటయాన్‌లు మరియు అమైడ్‌లు పోల్-అయాన్ పరస్పర చర్యను కలుపుతూ అయాన్-అయాన్ గుండా వెళతాయి. , మరియు దుమ్ముతో డైపోల్-డైపోల్ ఇంటరాక్షన్.దాని CsW పూత కారణంగా, ChM2.0 మరియు ChN2.5 యొక్క PM తొలగింపు సామర్థ్యం మందమైన M5.2 మరియు N4.8 (టేబుల్ S3, సహాయక సమాచారం) కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.
ఆసక్తికరంగా, PM తొలగింపు సామర్థ్యం బాగా మెరుగుపడినప్పటికీ, CsW పూత ఒత్తిడి తగ్గడాన్ని ప్రభావితం చేయదు.ChM2.0 మరియు ChN2.5 యొక్క ఒత్తిడి తగ్గుదల కొద్దిగా 15 మరియు 23 Paకి పెరిగింది, M5.2 మరియు N4.8 (Figure 3d; టేబుల్ S3, సహాయక సమాచారం) కోసం దాదాపు సగం పెరుగుదల గమనించబడింది.అందువల్ల, బయో-ఆధారిత పదార్థాలతో పూత అనేది రెండు ప్రాథమిక ఫిల్టర్ల పనితీరు అవసరాలను తీర్చడానికి తగిన పద్ధతి;అంటే, PM తొలగింపు సామర్థ్యం మరియు వాయు పీడన వ్యత్యాసం, ఇవి పరస్పరం ప్రత్యేకమైనవి.అయినప్పటికీ, ChM2.0 మరియు ChN2.5 యొక్క PM1.0 మరియు PM2.5 తొలగింపు సామర్థ్యం రెండూ 90% కంటే తక్కువగా ఉన్నాయి;స్పష్టంగా, ఈ పనితీరును మెరుగుపరచాల్సిన అవసరం ఉంది.
క్రమంగా మారుతున్న ఫైబర్ వ్యాసాలు మరియు రంధ్ర పరిమాణాలతో బహుళ పొరలతో కూడిన సమీకృత వడపోత వ్యవస్థ పై సమస్యలను పరిష్కరించగలదు [12].ఇంటిగ్రేటెడ్ ఎయిర్ ఫిల్టర్‌లో రెండు వేర్వేరు నానోఫైబర్‌లు మరియు సూపర్‌ఫైన్ ఫైబర్ నెట్‌ల ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి.ఈ విషయంలో, ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫిల్టర్‌లను (Int-MNలు) ఉత్పత్తి చేయడానికి ChM మరియు ChN పేర్చబడి ఉంటాయి.ఉదాహరణకు, Int-MN4.5 ChM2.0 మరియు ChN2.5ని ఉపయోగించి తయారు చేయబడింది మరియు దాని పనితీరు ChN4.8 మరియు ChM5.2తో పోల్చబడింది, ఇవి ఒకే విధమైన ప్రాంత సాంద్రతలు (అంటే మందం) కలిగి ఉంటాయి.PM తొలగింపు సమర్థత ప్రయోగంలో, Int-MN4.5 యొక్క అల్ట్రాఫైన్ ఫైబర్ వైపు మురికి గదిలో బహిర్గతం చేయబడింది, ఎందుకంటే నానోఫైబర్ వైపు కంటే అల్ట్రాఫైన్ ఫైబర్ సైడ్ అడ్డుపడటానికి ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంది.మూర్తి 4aలో చూపినట్లుగా, Int-MN4.5 రెండు సింగిల్-కాంపోనెంట్ ఫిల్టర్‌ల కంటే మెరుగైన PM తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని మరియు పీడన వ్యత్యాసాన్ని చూపుతుంది, ఇది 37 Pa ఒత్తిడి తగ్గుదలతో ఉంటుంది, ఇది ChM5.2ని పోలి ఉంటుంది మరియు ChM5.2 ChN4 కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.8. అదనంగా, Int-MN4.5 యొక్క PM1.0 తొలగింపు సామర్థ్యం 91% (మూర్తి 4b).మరోవైపు, ChM5.2 అంత అధిక PM1.0 తొలగింపు సామర్థ్యాన్ని చూపలేదు ఎందుకంటే దాని రంధ్రాలు Int-MN4.5 కంటే పెద్దవిగా ఉన్నాయి.