کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
کوریا انسٹی ٹیوٹ آف کیمیکل ٹیکنالوجی (KRICT) بائیو بیسڈ کیمسٹری ریسرچ سینٹر، السان، 44429، جمہوریہ کوریا
ایڈوانسڈ میٹریلز اینڈ کیمیکل انجینئرنگ، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (یو ایس ٹی)، ڈیجیون، 34113 جمہوریہ کوریا
اس مضمون کا مکمل متن اپنے دوستوں اور ساتھیوں کے ساتھ شیئر کرنے کے لیے نیچے دیے گئے لنک کا استعمال کریں۔اورجانیے.
کورونا وائرس وبائی امراض اور ہوا میں پارٹیکیولیٹ میٹر (PM) سے متعلق مسائل کی وجہ سے ماسک کی مانگ میں تیزی سے اضافہ ہوا ہے۔تاہم، جامد بجلی اور نینو چھلنی پر مبنی روایتی ماسک فلٹرز تمام ڈسپوزایبل، ناقابل تنزلی یا دوبارہ استعمال کے قابل ہیں، جو فضلہ کے سنگین مسائل کا سبب بنیں گے۔اس کے علاوہ، پہلے والا مرطوب حالات میں اپنا کام کھو دے گا، جب کہ موخر الذکر ہوا کے دباؤ میں نمایاں کمی کے ساتھ کام کرے گا اور نسبتاً تیزی سے تاکنا بند ہوجائے گا۔یہاں، ایک بایوڈیگریڈیبل، نمی پروف، انتہائی سانس لینے کے قابل، اعلیٰ کارکردگی کا حامل فائبر ماسک فلٹر تیار کیا گیا ہے۔مختصراً، دو بایوڈیگریڈیبل الٹرا فائن فائبرز اور نانوفائبر میٹس کو جینس میمبرین فلٹر میں ضم کیا جاتا ہے، اور پھر کیشنی طور پر چارج شدہ چائٹوسن نانو ہِسکرز کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے۔یہ فلٹر تجارتی N95 فلٹر کی طرح موثر ہے اور 2.5 µm PM کا 98.3% ہٹا سکتا ہے۔نانوفائبرز جسمانی طور پر باریک ذرات کی اسکریننگ کرتے ہیں، اور انتہائی باریک ریشے 59 Pa کا کم پریشر فرق فراہم کرتے ہیں، جو انسانی سانس لینے کے لیے موزوں ہے۔نمی کے سامنے آنے پر کمرشل N95 فلٹرز کی کارکردگی میں تیزی سے کمی کے برعکس، اس فلٹر کی کارکردگی کا نقصان نہ ہونے کے برابر ہے، اس لیے اسے متعدد بار استعمال کیا جا سکتا ہے کیونکہ چائٹوسن کا مستقل ڈوپول الٹرا فائن پی ایم کو جذب کرتا ہے (مثال کے طور پر، نائٹروجن)۔اور سلفر آکسائیڈز)۔یہ ضروری ہے کہ یہ فلٹر 4 ہفتوں کے اندر کمپوسٹ شدہ مٹی میں مکمل طور پر گل جائے۔
موجودہ بے مثال کورونا وائرس وبائی بیماری (COVID-19) ماسک کی بہت زیادہ مانگ کو بڑھا رہی ہے۔[1] ورلڈ ہیلتھ آرگنائزیشن (ڈبلیو ایچ او) کا اندازہ ہے کہ اس سال ہر ماہ 89 ملین میڈیکل ماسک کی ضرورت ہے۔[1] نہ صرف صحت کی دیکھ بھال کرنے والے پیشہ ور افراد کو اعلی کارکردگی والے N95 ماسک کی ضرورت ہے، بلکہ تمام افراد کے لیے عام مقصد کے ماسک بھی اس سانس کی متعدی بیماری کی روک تھام کے لیے ناگزیر روزمرہ کا سامان بن چکے ہیں۔[1] اس کے علاوہ، متعلقہ وزارتیں ہر روز ڈسپوزایبل ماسک کے استعمال کی سختی سے سفارش کرتی ہیں، [1] اس سے ماسک کے فضلے کی بڑی مقدار سے متعلق ماحولیاتی مسائل پیدا ہوئے ہیں۔
چونکہ ذرات کا معاملہ (PM) اس وقت فضائی آلودگی کا سب سے بڑا مسئلہ ہے، اس لیے ماسک افراد کے لیے دستیاب سب سے مؤثر انسدادی اقدام بن گئے ہیں۔PM کو پارٹیکل سائز (بالترتیب 2.5 اور 10μm) کے مطابق PM2.5 اور PM10 میں تقسیم کیا گیا ہے، جو قدرتی ماحول [2] اور انسانی زندگی کے معیار کو مختلف طریقوں سے سنجیدگی سے متاثر کرتا ہے۔[2] ہر سال، PM 4.2 ملین اموات اور 103.1 ملین معذوری کو ایڈجسٹ شدہ زندگی کے سالوں کا سبب بنتا ہے۔[2] PM2.5 صحت کے لیے خاص طور پر سنگین خطرہ ہے اور اسے باضابطہ طور پر گروپ I کارسنجن کے طور پر نامزد کیا گیا ہے۔[2] لہٰذا، ہوا کی پارگمیتا اور PM ہٹانے کے معاملے میں ایک موثر ماسک فلٹر کی تحقیق اور ترقی کرنا بروقت اور اہم ہے۔[3]
عام طور پر، روایتی فائبر فلٹرز PM کو دو مختلف طریقوں سے پکڑتے ہیں: نانوفائبرز پر مبنی جسمانی چھلنی اور مائیکرو فائبر پر مبنی الیکٹرو سٹیٹک جذب کے ذریعے (شکل 1a)۔نانوفائبر پر مبنی فلٹرز کا استعمال، خاص طور پر الیکٹرو اسپن نانوفائبر میٹ، پی ایم کو دور کرنے کے لیے ایک مؤثر حکمت عملی ثابت ہوا ہے، جو کہ وسیع مواد کی دستیابی اور قابل کنٹرول مصنوعات کی ساخت کا نتیجہ ہے۔[3] نانوفائبر چٹائی ہدف کے سائز کے ذرات کو ہٹا سکتی ہے، جو ذرات اور چھیدوں کے درمیان سائز کے فرق کی وجہ سے ہوتا ہے۔[3] تاہم، نینو پیمانے کے ریشوں کو انتہائی چھوٹے سوراخ بنانے کے لیے گھنے اسٹیک کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جو منسلک ہائی پریشر فرق کی وجہ سے آرام دہ انسانی سانس لینے کے لیے نقصان دہ ہیں۔اس کے علاوہ، چھوٹے سوراخ ناگزیر طور پر نسبتا تیزی سے بلاک ہو جائیں گے.
دوسری طرف، پگھلنے والی الٹرا فائن فائبر چٹائی کو ایک اعلی توانائی والے برقی فیلڈ کے ذریعے الیکٹرو سٹیٹک طور پر چارج کیا جاتا ہے، اور بہت چھوٹے ذرات الیکٹرو سٹیٹک جذب کے ذریعے پکڑے جاتے ہیں۔ایک نمائندہ مثال کے طور پر، N95 ریسپریٹر ایک پارٹیکل فلٹرنگ فیس ماسک ریسپریٹر ہے جو نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف آکیوپیشنل سیفٹی اینڈ ہیلتھ کی ضروریات کو پورا کرتا ہے کیونکہ یہ ہوا سے پیدا ہونے والے کم از کم 95% ذرات کو فلٹر کر سکتا ہے۔اس قسم کا فلٹر الٹرا فائن PM کو جذب کرتا ہے، جو عام طور پر مضبوط الیکٹرو اسٹاٹک کشش کے ذریعے SO42− اور NO3− جیسے anionic مادوں پر مشتمل ہوتا ہے۔تاہم، فائبر چٹائی کی سطح پر جامد چارج آسانی سے مرطوب ماحول میں ختم ہوجاتا ہے، جیسا کہ مرطوب انسانی سانس لینے میں پایا جاتا ہے، [4] جس کے نتیجے میں جذب کرنے کی صلاحیت میں کمی واقع ہوتی ہے۔
فلٹریشن کی کارکردگی کو مزید بہتر بنانے یا ہٹانے کی کارکردگی اور پریشر ڈراپ کے درمیان تجارت کو حل کرنے کے لیے، نانوفائبرز اور مائیکرو فائبرز پر مبنی فلٹرز کو ہائی-k مواد، جیسے کاربن مواد، دھاتی آرگینک فریم ورک، اور PTFE نینو پارٹیکلز کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔[4] تاہم، ان اضافی اشیاء کی غیر یقینی حیاتیاتی زہریلا اور چارج کی کھپت اب بھی ناگزیر مسائل ہیں۔[4] خاص طور پر، یہ دو قسم کے روایتی فلٹر عام طور پر ناقابل تنزلی ہوتے ہیں، اس لیے وہ بالآخر لینڈ فلز میں دفن ہو جائیں گے یا استعمال کے بعد جلا دیے جائیں گے۔لہذا، فضلہ کے ان مسائل کو حل کرنے کے لیے بہتر ماسک فلٹرز کی ترقی اور ساتھ ہی ساتھ PM کو تسلی بخش اور طاقتور انداز میں کیپچر کرنا ایک اہم موجودہ ضرورت ہے۔
مندرجہ بالا مسائل کو حل کرنے کے لیے، ہم نے پولی (بیوٹلین سکسینیٹ) پر مبنی (پی بی ایس پر مبنی)[5] مائیکرو فائبر اور نانوفائبر میٹ کے ساتھ مربوط جینس میمبرین فلٹر تیار کیا ہے۔جانس جھلی کا فلٹر چائٹوسن نینو وسکرز (CsWs) [5] (شکل 1b) کے ساتھ لیپت ہے۔جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، پی بی ایس ایک نمائندہ بایوڈیگریڈیبل پولیمر ہے، جو الیکٹرو اسپننگ کے ذریعے الٹرا فائین فائبر اور نانوفائبر نان بنے ہوئے بنا سکتا ہے۔نینو اسکیل ریشے PM کو جسمانی طور پر پھنساتے ہیں، جبکہ مائیکرو اسکیل نینو فائبر پریشر ڈراپ کو کم کرتے ہیں اور CsW فریم ورک کے طور پر کام کرتے ہیں۔Chitosan ایک بایو پر مبنی مواد ہے جو اچھی حیاتیاتی خصوصیات کا حامل ثابت ہوا ہے، بشمول بائیو کمپیٹیبلٹی، بائیو ڈیگریڈیبلٹی اور نسبتاً کم زہریلا، [5] جو صارفین کے حادثاتی طور پر سانس لینے سے وابستہ بے چینی کو کم کر سکتا ہے۔[5] اس کے علاوہ، chitosan میں cationic سائٹس اور پولر امائڈ گروپس ہیں۔[5] مرطوب حالات میں بھی، یہ قطبی انتہائی باریک ذرات (جیسے SO42- اور NO3-) کو اپنی طرف متوجہ کر سکتا ہے۔
یہاں، ہم بایوڈیگریڈیبل، اعلی کارکردگی، نمی پروف اور کم پریشر ڈراپ ماسک فلٹر کی اطلاع دیتے ہیں جو آسانی سے دستیاب بائیوڈیگریڈیبل مواد پر مبنی ہے۔جسمانی چھلنی اور الیکٹرو اسٹاٹک جذب کے امتزاج کی وجہ سے، CsW- coated microfiber/nanofiber انٹیگریٹڈ فلٹر میں PM2.5 کو ہٹانے کی اعلی کارکردگی (98% تک) ہے، اور اسی وقت، سب سے موٹے فلٹر پر زیادہ سے زیادہ پریشر گرا ہوا ہے۔ صرف یہ 59 Pa ہے، انسانی سانس لینے کے لیے موزوں ہے۔N95 کمرشل فلٹر کے ذریعہ نمایاں کارکردگی میں کمی کے مقابلے میں، یہ فلٹر مستقل CsW چارج کی وجہ سے مکمل گیلے ہونے پر بھی PM ہٹانے کی کارکردگی (<1%) کے نہ ہونے کے برابر نقصان کو ظاہر کرتا ہے۔اس کے علاوہ، ہمارے فلٹرز 4 ہفتوں کے اندر کمپوسٹڈ مٹی میں مکمل طور پر بایوڈیگریڈیبل ہوتے ہیں۔اسی طرح کے تصورات کے ساتھ دیگر مطالعات کے مقابلے میں، جس میں فلٹر کا حصہ بائیو ڈی گریڈ ایبل مواد پر مشتمل ہوتا ہے، یا ممکنہ بائیو پولیمر غیر بنے ہوئے ایپلی کیشنز میں محدود کارکردگی دکھاتا ہے، [6] یہ فلٹر براہ راست جدید خصوصیات (مووی S1، معاون معلومات) کی بایوڈیگریڈیبلٹی کو ظاہر کرتا ہے۔
جینس میمبرین فلٹر کے جزو کے طور پر، نانوفائبر اور سپر فائن فائبر پی بی ایس میٹ پہلے تیار کیے گئے تھے۔لہٰذا، 11% اور 12% PBS سلوشنز بالترتیب نینو میٹر اور مائیکرو میٹر ریشے تیار کرنے کے لیے الیکٹرو اسپن کیے گئے تھے، ان کے viscosity میں فرق کی وجہ سے۔[7] حل کی خصوصیات اور الیکٹرو اسپننگ کے بہترین حالات کی تفصیلی معلومات ٹیبلز S1 اور S2 میں معاون معلومات میں درج ہیں۔چونکہ کاتا ہوا ریشہ اب بھی بقایا سالوینٹ پر مشتمل ہوتا ہے، اس لیے ایک عام الیکٹرو اسپننگ ڈیوائس میں پانی کے جمنے کا ایک اضافی غسل شامل کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل 2a میں دکھایا گیا ہے۔اس کے علاوہ، پانی کے غسل میں جمی ہوئی خالص PBS فائبر چٹائی کو جمع کرنے کے لیے فریم کا استعمال بھی کیا جا سکتا ہے، جو روایتی ترتیب میں ٹھوس میٹرکس سے مختلف ہے (شکل 2b)۔مائیکرو فائبر اور نانوفائبر میٹ کے اوسط فائبر قطر بالترتیب 2.25 اور 0.51 µm ہیں، اور اوسط pore diameters بالترتیب 13.1 اور 3.5 µm ہیں (شکل 2c، d)۔چونکہ 9:1 کلوروفارم/ایتھنول سالوینٹ نوزل سے نکلنے کے بعد تیزی سے بخارات بن جاتا ہے، 11 اور 12 wt% محلول کے درمیان چپکنے کا فرق تیزی سے بڑھتا ہے (شکل S1، معاون معلومات)۔[7] لہذا، صرف 1 wt% کا ارتکاز فرق فائبر کے قطر میں ایک اہم تبدیلی کا سبب بن سکتا ہے۔
فلٹر کی کارکردگی کو چیک کرنے سے پہلے (فگر S2، معاون معلومات)، مختلف فلٹرز کا معقول طور پر موازنہ کرنے کے لیے، معیاری موٹائی کے الیکٹرو اسپن غیر بنے ہوئے بنائے گئے، کیونکہ موٹائی ایک اہم عنصر ہے جو فلٹر کی کارکردگی کے دباؤ کے فرق اور فلٹریشن کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے۔چونکہ غیر بنے ہوئے نرم اور غیر محفوظ ہوتے ہیں، اس لیے الیکٹرو اسپن غیر بنے ہوئے کی موٹائی کا براہ راست تعین کرنا مشکل ہے۔تانے بانے کی موٹائی عام طور پر سطح کی کثافت (وزن فی یونٹ رقبہ، بنیاد وزن) کے متناسب ہوتی ہے۔لہذا، اس مطالعہ میں، ہم موٹائی کی ایک مؤثر پیمائش کے طور پر بنیاد وزن (gm-2) کا استعمال کرتے ہیں.[8] موٹائی کو الیکٹرو اسپننگ ٹائم کو تبدیل کرکے کنٹرول کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل 2e میں دکھایا گیا ہے۔جیسے جیسے گھومنے کا وقت 1 منٹ سے 10 منٹ تک بڑھتا ہے، مائیکرو فائبر چٹائی کی موٹائی بالترتیب 0.2، 2.0، 5.2، اور 9.1 gm-2 تک بڑھ جاتی ہے۔اسی طرح، nanofiber چٹائی کی موٹائی بالترتیب 0.2، 1.0، 2.5، اور 4.8 gm-2 تک بڑھا دی گئی۔مائیکرو فائبر اور نانوفائبر میٹس کو ان کی موٹائی کی قدروں (gm-2) کے مطابق نامزد کیا گیا ہے: M0.2, M2.0, M5.2 اور M9.1, اور N0.2, N1.0, N2.5 اور N4۔ 8۔
پورے نمونے کا ہوا کے دباؤ کا فرق (ΔP) فلٹر کی کارکردگی کا ایک اہم اشارہ ہے۔[9] ہائی پریشر ڈراپ والے فلٹر کے ذریعے سانس لینا صارف کے لیے تکلیف دہ ہے۔فطری طور پر، یہ دیکھا گیا ہے کہ فلٹر کی موٹائی بڑھنے کے ساتھ ہی پریشر ڈراپ بڑھتا ہے، جیسا کہ تصویر S3 میں دکھایا گیا ہے، معاون معلومات۔نانوفائبر چٹائی (N4.8) مائیکرو فائبر (M5.2) چٹائی کے مقابلے میں نسبتاً موٹائی پر زیادہ دباؤ کو ظاہر کرتی ہے کیونکہ نانوفائبر چٹائی میں چھوٹے سوراخ ہوتے ہیں۔جیسے ہی ہوا فلٹر سے 0.5 اور 13.2 ms-1 کے درمیان رفتار سے گزرتی ہے، دو مختلف قسم کے فلٹرز کا پریشر ڈراپ بتدریج 101 Pa سے 102 Pa تک بڑھ جاتا ہے۔ دباؤ کی کمی اور PM ہٹانے کے توازن کے لیے موٹائی کو بہتر بنایا جانا چاہیے۔ کارکردگی؛1.0 ms-1 کی ہوا کی رفتار مناسب ہے کیونکہ انسانوں کو منہ سے سانس لینے میں جو وقت لگتا ہے وہ تقریباً 1.3 ms-1 ہے۔[10] اس سلسلے میں، M5.2 اور N4.8 کا پریشر ڈراپ 1.0 ms-1 (50 Pa سے کم) کی ہوا کی رفتار پر قابل قبول ہے (شکل S4، معاون معلومات)۔براہ کرم نوٹ کریں کہ N95 اور اسی طرح کے کورین فلٹر اسٹینڈرڈ (KF94) ماسک کا پریشر ڈراپ بالترتیب 50 سے 70 Pa ہے۔مزید CsW پروسیسنگ اور مائیکرو/نینو فلٹر انٹیگریشن ہوا کی مزاحمت کو بڑھا سکتا ہے۔لہذا، پریشر ڈراپ مارجن فراہم کرنے کے لیے، ہم نے M5.2 اور N4.8 کا تجزیہ کرنے سے پہلے N2.5 اور M2.0 کا تجزیہ کیا۔
1.0 ms-1 کے ہدف کی ہوا کی رفتار پر، PBS مائیکرو فائبر اور nanofiber میٹ کے PM1.0، PM2.5، اور PM10 کی ہٹانے کی کارکردگی کا بغیر جامد چارج کے مطالعہ کیا گیا (شکل S5، معاون معلومات)۔یہ مشاہدہ کیا گیا ہے کہ PM ہٹانے کی کارکردگی عام طور پر موٹائی اور PM سائز میں اضافے کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔N2.5 کی ہٹانے کی کارکردگی اس کے چھوٹے سوراخوں کی وجہ سے M2.0 سے بہتر ہے۔PM1.0، PM2.5 اور PM10 کے لیے M2.0 کی ہٹانے کی افادیت بالترتیب 55.5%، 64.6% اور 78.8% تھی، جبکہ N2.5 کی اسی طرح کی قدریں 71.9%، 80.1% اور 89.6% تھیں (شکل 2f)۔ہم نے دیکھا کہ M2.0 اور N2.5 کے درمیان کارکردگی میں سب سے بڑا فرق PM1.0 ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ مائیکرو فائبر میش کی جسمانی چھلنی مائکرون لیول PM کے لیے موثر ہے، لیکن نینو لیول PM کے لیے موثر نہیں ہے (شکل S6، معاون معلومات)۔، M2.0 اور N2.5 دونوں 90% سے کم کی کم PM کیپچر کی صلاحیت کو ظاہر کرتے ہیں۔اس کے علاوہ، N2.5 M2.0 کے مقابلے میں دھول کے لیے زیادہ حساس ہو سکتا ہے، کیونکہ دھول کے ذرات آسانی سے N2.5 کے چھوٹے سوراخوں کو روک سکتے ہیں۔جامد چارج کی غیر موجودگی میں، جسمانی چھلنی ایک ہی وقت میں مطلوبہ دباؤ کو کم کرنے اور ہٹانے کی کارکردگی کو حاصل کرنے کی صلاحیت میں محدود ہے کیونکہ ان کے درمیان تجارتی بند تعلقات ہیں۔
Electrostatic adsorption PM کو موثر انداز میں پکڑنے کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔[11] عام طور پر، ایک اعلی توانائی والے برقی میدان کے ذریعے غیر بنے ہوئے فلٹر پر جامد چارج زبردستی لاگو کیا جاتا ہے۔تاہم، یہ جامد چارج آسانی سے مرطوب حالات میں ختم ہوجاتا ہے، جس کے نتیجے میں پی ایم کیپچر کی صلاحیت ختم ہوجاتی ہے۔[4] الیکٹرو سٹیٹک فلٹریشن کے لیے بائیو بیسڈ مواد کے طور پر، ہم نے 200 nm لمبا اور 40 nm چوڑا CsW متعارف کرایا۔ان کے امونیم گروپس اور پولر امائیڈ گروپس کی وجہ سے، یہ نانو وِسکر مستقل کیشنک چارجز پر مشتمل ہوتے ہیں۔CsW کی سطح پر دستیاب مثبت چارج کو اس کے زیٹا پوٹینشل (ZP) سے ظاہر کیا جاتا ہے؛CsW 4.8 کے pH کے ساتھ پانی میں منتشر ہوتا ہے، اور ان کا ZP +49.8 mV پایا جاتا ہے (شکل S7، معاون معلومات)۔
CsW-coated PBS microfibers (ChMs) اور nanofibers (ChNs) کو 0.2 wt% CsW واٹر ڈسپریشن میں سادہ ڈِپ کوٹنگ کے ذریعے تیار کیا گیا تھا، جو PBS فائبر کی سطح پر CsWs کی زیادہ سے زیادہ مقدار کو منسلک کرنے کے لیے مناسب ارتکاز ہے، جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔ تصویر 3a اور شکل S8 میں دکھایا گیا ہے، معاون معلومات۔نائٹروجن انرجی ڈسپرسیو ایکس رے سپیکٹروسکوپی (EDS) امیج سے پتہ چلتا ہے کہ PBS فائبر کی سطح یکساں طور پر CsW ذرات کے ساتھ لیپت ہے، جو اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ (SEM) امیج (شکل 3b؛ شکل S9، معاون معلومات) میں بھی واضح ہے۔ .اس کے علاوہ، یہ کوٹنگ کا طریقہ چارجڈ نینو میٹریلز کو فائبر کی سطح کو باریک لپیٹنے کے قابل بناتا ہے، اس طرح الیکٹرو سٹیٹک PM ہٹانے کی صلاحیت کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے (شکل S10، معاون معلومات)۔
ChM اور ChN کی PM ہٹانے کی کارکردگی کا مطالعہ کیا گیا (شکل 3c)۔M2.0 اور N2.5 کو بالترتیب ChM2.0 اور ChN2.5 بنانے کے لیے CsW کے ساتھ لیپت کیا گیا تھا۔PM1.0، PM2.5 اور PM10 کے لیے ChM2.0 کی ہٹانے کی افادیت بالترتیب 70.1%، 78.8% اور 86.3% تھی، جبکہ ChN2.5 کی اسی طرح کی قدریں بالترتیب 77.0%، 87.7% اور 94.6% تھیں۔CsW کوٹنگ M2.0 اور N2.5 کی ہٹانے کی کارکردگی کو بہت بہتر کرتی ہے، اور قدرے چھوٹے PM کے لیے دیکھا جانے والا اثر زیادہ اہم ہے۔خاص طور پر، chitosan nanowhiskers نے M2.0′s PM0.5 اور PM1.0 کو ہٹانے کی کارکردگی میں بالترتیب 15% اور 13% اضافہ کیا (شکل S11، معاون معلومات)۔اگرچہ M2.0 چھوٹے PM1.0 کو خارج کرنا مشکل ہے کیونکہ اس کے نسبتاً وسیع فائبرل اسپیسنگ (شکل 2c) کی وجہ سے، ChM2.0 PM1.0 کو جذب کرتا ہے کیونکہ CsWs میں کیشنز اور امائڈز آئن-آئن سے گزرتے ہیں، جو پول-آئن کے تعامل کو جوڑتے ہیں۔ ، اور دھول کے ساتھ ڈوپول-ڈپول تعامل۔اس کی CsW کوٹنگ کی وجہ سے، ChM2.0 اور ChN2.5 کی PM ہٹانے کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہے جتنی زیادہ موٹی M5.2 اور N4.8 (ٹیبل S3، معاون معلومات)۔
دلچسپ بات یہ ہے کہ اگرچہ PM ہٹانے کی کارکردگی بہت بہتر ہوئی ہے، CsW کوٹنگ دباؤ میں کمی کو مشکل سے متاثر کرتی ہے۔ChM2.0 اور ChN2.5 کا پریشر ڈراپ تھوڑا سا بڑھ کر 15 اور 23 Pa ہو گیا، تقریباً نصف اضافہ M5.2 اور N4.8 میں دیکھا گیا (شکل 3d؛ ٹیبل S3، معاون معلومات)۔لہذا، دو بنیادی فلٹرز کی کارکردگی کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے بائیو بیسڈ مواد کے ساتھ کوٹنگ ایک مناسب طریقہ ہے۔یعنی PM ہٹانے کی کارکردگی اور ہوا کے دباؤ کا فرق، جو باہمی طور پر خصوصی ہیں۔تاہم، ChM2.0 اور ChN2.5 کی PM1.0 اور PM2.5 کو ہٹانے کی کارکردگی دونوں 90% سے کم ہیں۔ظاہر ہے، اس کارکردگی کو بہتر کرنے کی ضرورت ہے۔
بتدریج بدلتے ہوئے فائبر کے قطر اور تاکنا کے سائز کے ساتھ متعدد جھلیوں پر مشتمل ایک مربوط فلٹریشن سسٹم مندرجہ بالا مسائل کو حل کر سکتا ہے [12]۔انٹیگریٹڈ ایئر فلٹر میں دو مختلف نانوفائبرز اور سپر فائن فائبر نیٹ کے فوائد ہیں۔اس سلسلے میں، ChM اور ChN کو مربوط فلٹرز (Int-MNs) تیار کرنے کے لیے آسانی سے اسٹیک کیا جاتا ہے۔مثال کے طور پر، Int-MN4.5 کو ChM2.0 اور ChN2.5 کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا گیا ہے، اور اس کی کارکردگی کا موازنہ ChN4.8 اور ChM5.2 کے ساتھ کیا گیا ہے جن کے رقبے کی کثافتیں یکساں ہیں (یعنی موٹائی)۔PM ہٹانے کی کارکردگی کے تجربے میں، Int-MN4.5 کا الٹرا فائن فائبر سائیڈ دھول بھرے کمرے میں ظاہر ہوا کیونکہ الٹرا فائین فائبر سائیڈ نانوفائبر سائیڈ کے مقابلے میں زیادہ جمنے کے لیے مزاحم تھی۔جیسا کہ شکل 4a میں دکھایا گیا ہے، Int-MN4.5 PM ہٹانے کی بہتر کارکردگی اور دو واحد اجزاء والے فلٹرز کے مقابلے میں دباؤ کا فرق دکھاتا ہے، جس میں 37 Pa کا پریشر ڈراپ ہے، جو ChM5.2 کی طرح ہے اور ChM5.2 ChN4 سے بہت کم ہے۔8. اس کے علاوہ، Int-MN4.5 کی PM1.0 ہٹانے کی کارکردگی 91% ہے (شکل 4b)۔دوسری طرف، ChM5.2 نے اتنی زیادہ PM1.0 کو ہٹانے کی کارکردگی نہیں دکھائی کیونکہ اس کے pores Int-MN4.5 سے بڑے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-03-2021
