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कोरोना वायरस महामारी और हवा में पार्टिकुलेट मैटर (पीएम) से संबंधित मुद्दों के कारण मास्क की मांग तेजी से बढ़ी है।हालाँकि, स्थैतिक बिजली और नैनो छलनी पर आधारित पारंपरिक मास्क फिल्टर सभी डिस्पोजेबल, गैर-निम्नीकरणीय या पुन: प्रयोज्य हैं, जो गंभीर अपशिष्ट समस्याओं का कारण बनेंगे।इसके अलावा, पहला आर्द्र परिस्थितियों में अपना कार्य खो देगा, जबकि दूसरा एक महत्वपूर्ण वायु दबाव ड्रॉप के साथ काम करेगा और अपेक्षाकृत तेजी से छिद्र बंद हो जाएगा।यहां, एक बायोडिग्रेडेबल, नमी प्रतिरोधी, अत्यधिक सांस लेने योग्य, उच्च प्रदर्शन वाला फाइबर मास्क फिल्टर विकसित किया गया है।संक्षेप में, दो बायोडिग्रेडेबल अल्ट्राफाइन फाइबर और नैनोफाइबर मैट को जानूस झिल्ली फिल्टर में एकीकृत किया जाता है, और फिर धनायनित रूप से चार्ज किए गए चिटोसन नैनोव्हिस्कर्स के साथ लेपित किया जाता है।यह फ़िल्टर वाणिज्यिक N95 फ़िल्टर जितना ही कुशल है और 2.5 µm PM का 98.3% हटा सकता है।नैनोफाइबर भौतिक रूप से बारीक कणों की स्क्रीनिंग करते हैं, और अल्ट्राफाइन फाइबर 59 Pa का कम दबाव अंतर प्रदान करते हैं, जो मानव सांस लेने के लिए उपयुक्त है।नमी के संपर्क में आने पर वाणिज्यिक N95 फिल्टर के प्रदर्शन में तेज गिरावट के विपरीत, इस फिल्टर का प्रदर्शन नुकसान नगण्य है, इसलिए इसे कई बार उपयोग किया जा सकता है क्योंकि चिटोसन का स्थायी द्विध्रुव अल्ट्राफाइन पीएम (उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन) को सोख लेता है।और सल्फर ऑक्साइड)।यह महत्वपूर्ण है कि यह फिल्टर 4 सप्ताह के भीतर खाद वाली मिट्टी में पूरी तरह से विघटित हो जाए।
मौजूदा अभूतपूर्व कोरोना वायरस महामारी (कोविड-19) के कारण मास्क की भारी मांग बढ़ रही है।[1] विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) का अनुमान है कि इस साल हर महीने 89 मिलियन मेडिकल मास्क की जरूरत है।[1] न केवल स्वास्थ्य देखभाल पेशेवरों को उच्च दक्षता वाले एन95 मास्क की आवश्यकता है, बल्कि सभी व्यक्तियों के लिए सामान्य प्रयोजन वाले मास्क भी इस श्वसन संक्रामक रोग की रोकथाम के लिए अपरिहार्य दैनिक उपकरण बन गए हैं।[1] इसके अलावा, संबंधित मंत्रालय हर दिन डिस्पोजेबल मास्क के उपयोग की दृढ़ता से अनुशंसा करते हैं, [1] इससे बड़ी मात्रा में मास्क कचरे से संबंधित पर्यावरणीय समस्याएं पैदा हुई हैं।
चूंकि पार्टिकुलेट मैटर (पीएम) वर्तमान में वायु प्रदूषण की सबसे बड़ी समस्या है, इसलिए मास्क व्यक्तियों के लिए उपलब्ध सबसे प्रभावी उपाय बन गया है।पीएम को कण आकार (क्रमशः 2.5 और 10μm) के अनुसार पीएम2.5 और पीएम10 में विभाजित किया गया है, जो प्राकृतिक पर्यावरण [2] और मानव जीवन की गुणवत्ता को विभिन्न तरीकों से गंभीर रूप से प्रभावित करता है।[2] हर साल, पीएम 4.2 मिलियन मौतों और 103.1 मिलियन विकलांगता समायोजित जीवन वर्षों का कारण बनता है।[2] पीएम2.5 स्वास्थ्य के लिए विशेष रूप से गंभीर खतरा है और इसे आधिकारिक तौर पर समूह I कार्सिनोजेन के रूप में नामित किया गया है।[2] इसलिए, वायु पारगम्यता और पीएम निष्कासन के संदर्भ में एक कुशल मास्क फ़िल्टर पर शोध करना और विकसित करना समय पर और महत्वपूर्ण है।[3]
सामान्यतया, पारंपरिक फाइबर फिल्टर पीएम को दो अलग-अलग तरीकों से कैप्चर करते हैं: नैनोफाइबर पर आधारित भौतिक छानने के माध्यम से और माइक्रोफाइबर पर आधारित इलेक्ट्रोस्टैटिक सोखना के माध्यम से (चित्रा 1 ए)।नैनोफाइबर-आधारित फिल्टर, विशेष रूप से इलेक्ट्रोस्पून नैनोफाइबर मैट का उपयोग, पीएम को हटाने के लिए एक प्रभावी रणनीति साबित हुआ है, जो व्यापक सामग्री उपलब्धता और नियंत्रणीय उत्पाद संरचना का परिणाम है।[3] नैनोफाइबर मैट लक्ष्य आकार के कणों को हटा सकता है, जो कणों और छिद्रों के बीच आकार के अंतर के कारण होता है।[3] हालांकि, बेहद छोटे छिद्र बनाने के लिए नैनो-स्केल फाइबर को सघन रूप से जमा करने की आवश्यकता होती है, जो संबंधित उच्च दबाव अंतर के कारण आरामदायक मानव सांस लेने के लिए हानिकारक होते हैं।इसके अलावा, छोटे छेद अनिवार्य रूप से अपेक्षाकृत जल्दी अवरुद्ध हो जाएंगे।
दूसरी ओर, मेल्टब्लाऊन अल्ट्रा-फाइन फाइबर मैट को उच्च-ऊर्जा विद्युत क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से चार्ज किया जाता है, और बहुत छोटे कणों को इलेक्ट्रोस्टैटिक सोखना द्वारा पकड़ लिया जाता है।[4] एक प्रतिनिधि उदाहरण के रूप में, एन95 रेस्पिरेटर एक कण-फ़िल्टरिंग फेस-मास्क रेस्पिरेटर है जो राष्ट्रीय व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य संस्थान की आवश्यकताओं को पूरा करता है क्योंकि यह कम से कम 95% वायुजनित कणों को फ़िल्टर कर सकता है।इस प्रकार का फिल्टर मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के माध्यम से अल्ट्राफाइन पीएम को अवशोषित करता है, जो आमतौर पर SO42− और NO3− जैसे आयनिक पदार्थों से बना होता है।हालाँकि, फाइबर मैट की सतह पर स्थैतिक आवेश आर्द्र वातावरण में आसानी से नष्ट हो जाता है, जैसे कि आर्द्र मानव श्वास में पाया जाता है, [4] जिसके परिणामस्वरूप सोखने की क्षमता में कमी आती है।
निस्पंदन प्रदर्शन को और बेहतर बनाने या निष्कासन दक्षता और दबाव ड्रॉप के बीच व्यापार-बंद को हल करने के लिए, नैनोफाइबर और माइक्रोफाइबर पर आधारित फिल्टर को उच्च-के सामग्री, जैसे कार्बन सामग्री, धातु कार्बनिक ढांचे और पीटीएफई नैनोकणों के साथ जोड़ा जाता है।[4] हालांकि, इन एडिटिव्स की अनिश्चित जैविक विषाक्तता और चार्ज अपव्यय अभी भी अपरिहार्य समस्याएं हैं।[4] विशेष रूप से, ये दो प्रकार के पारंपरिक फिल्टर आमतौर पर नष्ट नहीं होते हैं, इसलिए अंततः उन्हें उपयोग के बाद लैंडफिल में दफन कर दिया जाएगा या जला दिया जाएगा।इसलिए, इन अपशिष्ट समस्याओं को हल करने के लिए बेहतर मास्क फिल्टर का विकास और साथ ही पीएम को संतोषजनक और शक्तिशाली तरीके से कैप्चर करना एक महत्वपूर्ण वर्तमान आवश्यकता है।
उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, हमने पॉली (ब्यूटिलीन सक्सिनेट)-आधारित (पीबीएस-आधारित) [5] माइक्रोफाइबर और नैनोफाइबर मैट के साथ एकीकृत एक जानूस झिल्ली फिल्टर का निर्माण किया है।जानूस मेम्ब्रेन फिल्टर को चिटोसन नैनो व्हिस्कर्स (सीएसडब्ल्यू) [5] (चित्रा 1 बी) के साथ लेपित किया गया है।जैसा कि हम सभी जानते हैं, पीबीएस एक प्रतिनिधि बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर है, जो इलेक्ट्रोस्पिनिंग के माध्यम से अल्ट्राफाइन फाइबर और नैनोफाइबर नॉनवॉवन का उत्पादन कर सकता है।नैनो-स्केल फ़ाइबर भौतिक रूप से पीएम को फँसाते हैं, जबकि सूक्ष्म-स्केल नैनो-फ़ाइबर दबाव ड्रॉप को कम करते हैं और सीएसडब्ल्यू ढांचे के रूप में कार्य करते हैं।चिटोसन एक जैव-आधारित सामग्री है जिसमें बायोकम्पैटिबिलिटी, बायोडिग्रेडेबिलिटी और अपेक्षाकृत कम विषाक्तता सहित अच्छे जैविक गुण साबित हुए हैं, [5] जो उपयोगकर्ताओं की आकस्मिक साँस लेने से जुड़ी चिंता को कम कर सकता है।[5] इसके अलावा, चिटोसन में धनायनित स्थल और ध्रुवीय एमाइड समूह हैं।[5] आर्द्र परिस्थितियों में भी, यह ध्रुवीय अति सूक्ष्म कणों (जैसे SO42- और NO3-) को आकर्षित कर सकता है।
यहां, हम आसानी से उपलब्ध बायोडिग्रेडेबल सामग्रियों के आधार पर एक बायोडिग्रेडेबल, उच्च दक्षता, नमी-प्रूफ और कम दबाव वाले ड्रॉप मास्क फिल्टर की रिपोर्ट करते हैं।भौतिक छानने और इलेक्ट्रोस्टैटिक सोखना के संयोजन के कारण, सीएसडब्ल्यू-लेपित माइक्रोफ़ाइबर/नैनोफ़ाइबर एकीकृत फ़िल्टर में उच्च PM2.5 निष्कासन दक्षता (98% तक) होती है, और साथ ही, सबसे मोटे फ़िल्टर पर अधिकतम दबाव ड्रॉप होता है केवल यह 59 Pa है, जो मानव श्वास के लिए उपयुक्त है।N95 वाणिज्यिक फ़िल्टर द्वारा प्रदर्शित महत्वपूर्ण प्रदर्शन गिरावट की तुलना में, यह फ़िल्टर स्थायी CsW चार्ज के कारण पूरी तरह से गीला होने पर भी पीएम हटाने की दक्षता (<1%) का नगण्य नुकसान प्रदर्शित करता है।इसके अलावा, हमारे फिल्टर 4 सप्ताह के भीतर खाद वाली मिट्टी में पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल हो जाते हैं।समान अवधारणाओं वाले अन्य अध्ययनों की तुलना में, जिसमें फ़िल्टर भाग बायोडिग्रेडेबल सामग्रियों से बना है, या संभावित बायोपॉलिमर गैर-बुने हुए अनुप्रयोगों में सीमित प्रदर्शन दिखाता है, [6] यह फ़िल्टर सीधे उन्नत सुविधाओं (मूवी एस1, सहायक जानकारी) की बायोडिग्रेडेबिलिटी दिखाता है।
जानूस झिल्ली फिल्टर के एक घटक के रूप में, नैनोफाइबर और सुपरफाइन फाइबर पीबीएस मैट पहले तैयार किए गए थे।इसलिए, चिपचिपाहट में अंतर के कारण, 11% और 12% पीबीएस समाधान क्रमशः नैनोमीटर और माइक्रोमीटर फाइबर का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोस्पून थे।[7] समाधान विशेषताओं और इष्टतम इलेक्ट्रोस्पिनिंग स्थितियों की विस्तृत जानकारी सहायक जानकारी में तालिका एस1 और एस2 में सूचीबद्ध है।चूँकि एज़-स्पन फाइबर में अभी भी अवशिष्ट विलायक होता है, एक अतिरिक्त जल जमावट स्नान को एक विशिष्ट इलेक्ट्रोस्पिनिंग डिवाइस में जोड़ा जाता है, जैसा कि चित्र 2 ए में दिखाया गया है।इसके अलावा, पानी के स्नान में जमा हुए शुद्ध पीबीएस फाइबर मैट को इकट्ठा करने के लिए फ्रेम का भी उपयोग किया जा सकता है, जो पारंपरिक सेटिंग (चित्रा 2 बी) में ठोस मैट्रिक्स से अलग है।[7] माइक्रोफाइबर और नैनोफाइबर मैट के औसत फाइबर व्यास क्रमशः 2.25 और 0.51 µm हैं, और औसत छिद्र व्यास क्रमशः 13.1 और 3.5 µm हैं (चित्रा 2सी, डी)।चूंकि 9:1 क्लोरोफॉर्म/इथेनॉल विलायक नोजल से निकलने के बाद तेजी से वाष्पित हो जाता है, 11 और 12 wt% समाधानों के बीच चिपचिपाहट का अंतर तेजी से बढ़ता है (चित्र S1, सहायक जानकारी)।[7] इसलिए, केवल 1 wt% का सांद्रण अंतर फाइबर व्यास में महत्वपूर्ण परिवर्तन का कारण बन सकता है।
फ़िल्टर प्रदर्शन (चित्र S2, सहायक जानकारी) की जाँच करने से पहले, विभिन्न फ़िल्टरों की उचित रूप से तुलना करने के लिए, मानक मोटाई के इलेक्ट्रोस्पन नॉनवॉवन का निर्माण किया गया था, क्योंकि मोटाई एक महत्वपूर्ण कारक है जो फ़िल्टर प्रदर्शन के दबाव अंतर और निस्पंदन दक्षता को प्रभावित करती है।चूंकि नॉनवॉवन नरम और छिद्रपूर्ण होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रोस्पन नॉनवॉवन की मोटाई सीधे निर्धारित करना मुश्किल होता है।कपड़े की मोटाई आम तौर पर सतह के घनत्व (प्रति इकाई क्षेत्र वजन, आधार वजन) के समानुपाती होती है।इसलिए, इस अध्ययन में, हम मोटाई के प्रभावी माप के रूप में आधार वजन (जीएम-2) का उपयोग करते हैं।[8] मोटाई को इलेक्ट्रोस्पिनिंग समय को बदलकर नियंत्रित किया जाता है, जैसा चित्र 2ई में दिखाया गया है।जैसे-जैसे घूमने का समय 1 मिनट से 10 मिनट तक बढ़ता है, माइक्रोफाइबर मैट की मोटाई क्रमशः 0.2, 2.0, 5.2 और 9.1 ग्राम-2 तक बढ़ जाती है।इसी तरह, नैनोफाइबर मैट की मोटाई क्रमशः 0.2, 1.0, 2.5 और 4.8 ग्राम-2 तक बढ़ा दी गई।माइक्रोफाइबर और नैनोफाइबर मैट को उनके मोटाई मान (जीएम-2) द्वारा इस प्रकार निर्दिष्ट किया जाता है: M0.2, M2.0, M5.2 और M9.1, और N0.2, N1.0, N2.5 और N4। 8.
पूरे नमूने का वायु दबाव अंतर (ΔP) फ़िल्टर प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण संकेतक है।[9] उच्च दबाव ड्रॉप वाले फिल्टर के माध्यम से सांस लेना उपयोगकर्ता के लिए असुविधाजनक है।स्वाभाविक रूप से, यह देखा गया है कि जैसे-जैसे फिल्टर की मोटाई बढ़ती है, दबाव में गिरावट बढ़ती है, जैसा कि चित्र S3 में दिखाया गया है, जो जानकारी का समर्थन करता है।नैनोफाइबर मैट (एन4.8) तुलनात्मक मोटाई पर माइक्रोफाइबर (एम5.2) मैट की तुलना में अधिक दबाव ड्रॉप दिखाता है क्योंकि नैनोफाइबर मैट में छोटे छिद्र होते हैं।जैसे ही हवा 0.5 और 13.2 एमएस-1 के बीच की गति से फिल्टर से गुजरती है, दो अलग-अलग प्रकार के फिल्टर का दबाव ड्रॉप धीरे-धीरे 101 पीए से 102 पीए तक बढ़ जाता है। दबाव ड्रॉप और पीएम हटाने को संतुलित करने के लिए मोटाई को अनुकूलित किया जाना चाहिए क्षमता;1.0 ms-1 का वायु वेग उचित है क्योंकि मनुष्य को मुंह से सांस लेने में लगभग 1.3 ms-1 लगता है।[10] इस संबंध में, एम5.2 और एन4.8 का दबाव ड्रॉप 1.0 एमएस-1 (50 पा से कम) के वायु वेग पर स्वीकार्य है (चित्रा एस4, सहायक जानकारी)।कृपया ध्यान दें कि N95 और समान कोरियाई फ़िल्टर मानक (KF94) मास्क का दबाव ड्रॉप क्रमशः 50 से 70 Pa है।इसके अलावा सीएसडब्ल्यू प्रसंस्करण और माइक्रो/नैनो फिल्टर एकीकरण से वायु प्रतिरोध बढ़ सकता है;इसलिए, दबाव ड्रॉप मार्जिन प्रदान करने के लिए, हमने M5.2 और N4.8 का विश्लेषण करने से पहले N2.5 और M2.0 का विश्लेषण किया।
1.0 एमएस-1 के लक्ष्य वायु वेग पर, पीबीएस माइक्रोफाइबर और नैनोफाइबर मैट की पीएम1.0, पीएम2.5 और पीएम10 की निष्कासन दक्षता का अध्ययन स्थिर चार्ज के बिना किया गया था (चित्रा एस5, सहायक जानकारी)।यह देखा गया है कि पीएम हटाने की दक्षता आम तौर पर मोटाई और पीएम आकार में वृद्धि के साथ बढ़ती है।छोटे छिद्रों के कारण N2.5 की निष्कासन दक्षता M2.0 से बेहतर है।PM1.0, PM2.5 और PM10 के लिए M2.0 की निष्कासन क्षमता क्रमशः 55.5%, 64.6% और 78.8% थी, जबकि N2.5 के समान मान 71.9%, 80.1% और 89.6% थे (चित्र) 2एफ).हमने देखा कि M2.0 और N2.5 के बीच दक्षता में सबसे बड़ा अंतर PM1.0 है, जो इंगित करता है कि माइक्रोफ़ाइबर जाल की भौतिक छनाई माइक्रोन-स्तर PM के लिए प्रभावी है, लेकिन नैनो-स्तर PM के लिए प्रभावी नहीं है (चित्र) S6, सहायक जानकारी)।, एम2.0 और एन2.5 दोनों 90% से कम की कम पीएम कैप्चर क्षमता दिखाते हैं।इसके अलावा, N2.5, M2.0 की तुलना में धूल के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकता है, क्योंकि धूल के कण आसानी से N2.5 के छोटे छिद्रों को अवरुद्ध कर सकते हैं।स्थैतिक चार्ज की अनुपस्थिति में, उनके बीच व्यापार-बंद संबंध के कारण एक ही समय में आवश्यक दबाव ड्रॉप और निष्कासन दक्षता प्राप्त करने की भौतिक छनाई की क्षमता सीमित है।
पीएम को कुशल तरीके से पकड़ने के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक सोखना सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि है।[11] आम तौर पर, उच्च-ऊर्जा विद्युत क्षेत्र के माध्यम से गैर-बुने हुए फिल्टर पर स्थैतिक चार्ज जबरन लगाया जाता है;हालाँकि, यह स्थैतिक चार्ज आर्द्र परिस्थितियों में आसानी से नष्ट हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पीएम कैप्चर क्षमता का नुकसान होता है।[4] इलेक्ट्रोस्टैटिक निस्पंदन के लिए जैव-आधारित सामग्री के रूप में, हमने 200 एनएम लंबा और 40 एनएम चौड़ा सीएसडब्ल्यू पेश किया;उनके अमोनियम समूहों और ध्रुवीय एमाइड समूहों के कारण, इन नैनोव्हिस्कर्स में स्थायी धनायनिक आवेश होते हैं।CsW की सतह पर उपलब्ध धनात्मक आवेश को इसकी जीटा क्षमता (ZP) द्वारा दर्शाया जाता है;सीएसडब्ल्यू को 4.8 के पीएच के साथ पानी में फैलाया जाता है, और उनका जेडपी +49.8 एमवी पाया जाता है (चित्र एस7, सहायक जानकारी)।
सीएसडब्ल्यू-लेपित पीबीएस माइक्रोफाइबर (सीएचएम) और नैनोफाइबर (सीएचएन) को 0.2 डब्ल्यूटी% सीएसडब्ल्यू पानी के फैलाव में सरल डिप कोटिंग द्वारा तैयार किया गया था, जो पीबीएस फाइबर की सतह पर सीएसडब्ल्यू की अधिकतम मात्रा को संलग्न करने के लिए उचित एकाग्रता है, जैसा कि दिखाया गया है चित्र 3ए और चित्र एस8 में दिखाया गया चित्र, सहायक जानकारी।नाइट्रोजन ऊर्जा फैलाने वाली एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) छवि से पता चलता है कि पीबीएस फाइबर की सतह सीएसडब्ल्यू कणों के साथ समान रूप से लेपित है, जो स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवि (चित्रा 3 बी; चित्रा एस 9, सहायक जानकारी) में भी स्पष्ट है। .इसके अलावा, यह कोटिंग विधि चार्ज किए गए नैनोमटेरियल को फाइबर सतह को बारीक रूप से लपेटने में सक्षम बनाती है, जिससे इलेक्ट्रोस्टैटिक पीएम हटाने की क्षमता अधिकतम हो जाती है (चित्र S10, सहायक जानकारी)।
ChM और ChN की पीएम निष्कासन दक्षता का अध्ययन किया गया (चित्रा 3सी)।M2.0 और N2.5 को क्रमशः ChM2.0 और ChN2.5 का उत्पादन करने के लिए CsW के साथ लेपित किया गया था।PM1.0, PM2.5 और PM10 के लिए ChM2.0 की निष्कासन क्षमता क्रमशः 70.1%, 78.8% और 86.3% थी, जबकि ChN2.5 के समान मान क्रमशः 77.0%, 87.7% और 94.6% थे।सीएसडब्ल्यू कोटिंग एम2.0 और एन2.5 की निष्कासन दक्षता में काफी सुधार करती है, और थोड़े छोटे पीएम के लिए देखा गया प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण है।विशेष रूप से, चिटोसन नैनोव्हिस्कर्स ने M2.0's PM0.5 और PM1.0 की निष्कासन दक्षता में क्रमशः 15% और 13% की वृद्धि की (चित्रा S11, सहायक जानकारी)।हालाँकि M2.0 को अपेक्षाकृत व्यापक फ़ाइब्रिल रिक्ति (चित्र 2c) के कारण छोटे PM1.0 को बाहर करना मुश्किल है, ChM2.0 PM1.0 को सोख लेता है क्योंकि CsW में धनायन और एमाइड आयन-आयन से गुजरते हैं, ध्रुव-आयन संपर्क को जोड़ते हैं , और धूल के साथ द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रिया।इसकी CsW कोटिंग के कारण, ChM2.0 और ChN2.5 की PM निष्कासन दक्षता मोटे M5.2 और N4.8 (तालिका S3, सहायक जानकारी) जितनी अधिक है।
दिलचस्प बात यह है कि हालांकि पीएम हटाने की दक्षता में काफी सुधार हुआ है, सीएसडब्ल्यू कोटिंग शायद ही दबाव ड्रॉप को प्रभावित करती है।ChM2.0 और ChN2.5 का दबाव ड्रॉप 15 और 23 Pa तक थोड़ा बढ़ गया, M5.2 और N4.8 के लिए देखी गई लगभग आधी वृद्धि (चित्र 3d; तालिका S3, सहायक जानकारी)।इसलिए, जैव-आधारित सामग्रियों के साथ कोटिंग दो बुनियादी फिल्टर की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक उपयुक्त तरीका है;यानी, पीएम निष्कासन दक्षता और वायु दबाव अंतर, जो परस्पर अनन्य हैं।हालाँकि, ChM2.0 और ChN2.5 दोनों की PM1.0 और PM2.5 हटाने की दक्षता 90% से कम है;जाहिर है, इस प्रदर्शन में सुधार की जरूरत है।
धीरे-धीरे बदलते फाइबर व्यास और छिद्र आकार के साथ कई झिल्लियों से बनी एक एकीकृत निस्पंदन प्रणाली उपरोक्त समस्याओं को हल कर सकती है [12]।एकीकृत एयर फिल्टर में दो अलग-अलग नैनोफाइबर और अति सूक्ष्म फाइबर जाल के फायदे हैं।इस संबंध में, ChM और ChN को एकीकृत फिल्टर (Int-MNs) का उत्पादन करने के लिए बस स्टैक्ड किया जाता है।उदाहरण के लिए, Int-MN4.5 को ChM2.0 और ChN2.5 का उपयोग करके तैयार किया गया है, और इसके प्रदर्शन की तुलना ChN4.8 और ChM5.2 से की गई है, जिनका क्षेत्रीय घनत्व (यानी मोटाई) समान है।पीएम निष्कासन दक्षता प्रयोग में, Int-MN4.5 के अल्ट्राफाइन फाइबर पक्ष को धूल भरे कमरे में उजागर किया गया था क्योंकि अल्ट्राफाइन फाइबर पक्ष नैनोफाइबर पक्ष की तुलना में क्लॉगिंग के प्रति अधिक प्रतिरोधी था।जैसा कि चित्र 4ए में दिखाया गया है, Int-MN4.5 दो एकल-घटक फिल्टर की तुलना में बेहतर पीएम हटाने की दक्षता और दबाव अंतर दिखाता है, जिसमें 37 Pa का दबाव ड्रॉप होता है, जो ChM5.2 के समान है और ChM5.2 ChN4 से बहुत कम है।8. इसके अलावा, Int-MN4.5 की PM1.0 हटाने की दक्षता 91% है (चित्र 4बी)।दूसरी ओर, ChM5.2 ने इतनी उच्च PM1.0 हटाने की दक्षता नहीं दिखाई क्योंकि इसके छिद्र Int-MN4.5 की तुलना में बड़े हैं।
पोस्ट करने का समय: नवंबर-03-2021
