دوره 18، شماره 1 - ( 1400 )
جلد 18 شماره 1 صفحات 62-45 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Research code: 21809-27-01-92
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Golbabaei F, Habibi Mohraz M, Yarahmadi R, Sadighzadeh A, Mohammadi H, Farhang Dehghan S. COMPARISON OF FILTRATION PERFORMANCE BETWEEN NEAT AND PLASMA-TREATED PAN / MGO NANOFIBERS IN THE REMOVAL OF 10 TO 1000 NM PARTICLES. ioh 2021; 18 (1) : 4
URL: http://ioh.iums.ac.ir/article-1-2828-fa.html
URL: http://ioh.iums.ac.ir/article-1-2828-fa.html
گل بابایی فریده، حبیبی محرز مجید، یاراحمدی رسول، صدیق زاده اصغر، محمدی حمزه، فرهنگ دهقان سمیه. مقایسه عملکرد فیلتراسیون نانوالیاف PAN/MgO ساده و پردازش شده با پلاسما در حذف ذرات 1000-10 نانومتری از جریان هوا. سلامت كار ايران. 1400; 18 (1) :45-62
دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی،گروه مهندسی بهداشت حرفه‌ای و ایمنی کار، دانشکده بهداشت و ایمنی ، somayeh.farhang@gmail.com
چکیده: (2252 مشاهده)
مقدمه: نانو الیاف به خودی خود نرم و شکننده است و در تلاش برای حمایت خوب ساختاری معمولاً بر روی یک زیرلایه سفت نشانده می شوند. با این حال، یکی از چالش‌های عمده در ساختارهای اینچنینی، چسبندگی خوب لایه نانوالیاف بر روی زیرلایه است که در این خصوص پردازش پلاسما به عنوان یک روش پاک و سازگار با محیط زیست برای اصلاح سطح تلقی می‌گردد . مطالعه حاضر به مقایسه عملکرد فیلتراسیون نانوالیاف هیبریدی پلی آکریلونیتریل (PAN) و نانوذرات اکسید منیزیم (MgO) ساده و پردازش شده با پلاسما در حذف ذرات ریز از جریان هوا می‌پردازد.
روش بررسی: نانوالیاف از محلول wt % 16 متشکل از پلیمر پلی آکریلونیتریل، نانوذرات اکسید منیزیم (با نسبت 3:1) و حلال N، N-دی متیل فرمامید توسط تکنیک الکتروریسی تولید گردیدند. سطح رویی بخش از نانوالیاف تولیدی تحت پردازش پلاسمای سرد با منبع تغذیه فرکانس رادیویی (56/13 مگاهرتز با توان 20 وات) ، گاز تشکیل‌دهنده آرگون و فشار عملیاتی 2/0 تور قرار گرفتند. آزمون کارایی اولیه در حذف عددی ذرات مطابق استاندارد ISO 29463 و EN 779 انجام گرفت. افت فشار و فاکتور کیفیت برای مدیاهای تولیدی تعیین گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مطالعات ریخت شناسی الیاف و تعیین قطر الیاف صورت گرفت. از الگوریتم‌های تجزیه و تحلیل تصاویر SEMاز طریق نرم‌افزار MATLAB برای محاسبه درصد تخلخل مدیاها استفاده شد. به منظور تایید حضور نانوذرات اکسید منیزیم در نانوالیاف PAN/MgO الگوی پراش ایکس (XRD از آنها تهیه شد.
یافته‌ها: نانوالیاف PAN/MgO ساده از قطر الیاف (56/65±38/221 نانومتر) کوچکتری برخوردار بود و انجام پردازش پلاسما باعث افزایش قطر الیاف (62/72±07/295 نانومتر) شده است. از نظر ریخت شناسی، هر دو نوع نانوالیاف دانه‌دار و میزان تخلخل سطحی نانوالیاف PAN/MgO ساده و پردازش شده به ترتیب 41 و 48 درصد بود. نتایج ارزیابی عملکرد مدیاهای تولیدی در حذف عددی ذرات نشان داد که میانگین کارایی اولیه مدیای ساده و پردازش شده به ترتیب 07/6±37/90 و 86/8±60/73 درصد برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری محاسبه گردید. حداقل میانگین کارایی (%60/81) و حداکثر میانگین کارایی (%89/97) مدیای ساده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود. حداقل میانگین کارایی (%57/51) و حداکثر میانگین کارایی (%25/99) مدیای پردازش شده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود. میانگین افت فشار اولیه مدیای ساده و پردازش شده در سرعت سطحی آزمون به ترتیب 11/3±22/78 و 33/2±00/22 پاسکال و میانگین فاکتور کیفیت آنها برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری به ترتیب برابر 029/0 و 060/0 (پاسکال/1) تعیین شد.
نتیجه گیری: به طور کلی، بیشترین درصد کارایی فیلتراسیون و کمترین میزان افت فشار به ترتیب برای مدیای PAN/ MgO ساده و پردازش شده بدست آمد. با این حال بالاترین فاکتور کیفیت متعلق به مدیای پردازش شده بود. با انجام پردازش پلاسما اگرچه کارایی جمع آوری ذرات کاهش پیدا کرد ولی با کاهش چشمگیر افت فشار مدیا در نهایت فاکتور کیفیت نسبت به مدیای ساده میزان قابل توجه‌تری را بدست آورد.
روش بررسی: نانوالیاف از محلول wt % 16 متشکل از پلیمر پلی آکریلونیتریل، نانوذرات اکسید منیزیم (با نسبت 3:1) و حلال N، N-دی متیل فرمامید توسط تکنیک الکتروریسی تولید گردیدند. سطح رویی بخش از نانوالیاف تولیدی تحت پردازش پلاسمای سرد با منبع تغذیه فرکانس رادیویی (56/13 مگاهرتز با توان 20 وات) ، گاز تشکیل‌دهنده آرگون و فشار عملیاتی 2/0 تور قرار گرفتند. آزمون کارایی اولیه در حذف عددی ذرات مطابق استاندارد ISO 29463 و EN 779 انجام گرفت. افت فشار و فاکتور کیفیت برای مدیاهای تولیدی تعیین گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مطالعات ریخت شناسی الیاف و تعیین قطر الیاف صورت گرفت. از الگوریتم‌های تجزیه و تحلیل تصاویر SEMاز طریق نرم‌افزار MATLAB برای محاسبه درصد تخلخل مدیاها استفاده شد. به منظور تایید حضور نانوذرات اکسید منیزیم در نانوالیاف PAN/MgO الگوی پراش ایکس (XRD از آنها تهیه شد.
یافته‌ها: نانوالیاف PAN/MgO ساده از قطر الیاف (56/65±38/221 نانومتر) کوچکتری برخوردار بود و انجام پردازش پلاسما باعث افزایش قطر الیاف (62/72±07/295 نانومتر) شده است. از نظر ریخت شناسی، هر دو نوع نانوالیاف دانه‌دار و میزان تخلخل سطحی نانوالیاف PAN/MgO ساده و پردازش شده به ترتیب 41 و 48 درصد بود. نتایج ارزیابی عملکرد مدیاهای تولیدی در حذف عددی ذرات نشان داد که میانگین کارایی اولیه مدیای ساده و پردازش شده به ترتیب 07/6±37/90 و 86/8±60/73 درصد برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری محاسبه گردید. حداقل میانگین کارایی (%60/81) و حداکثر میانگین کارایی (%89/97) مدیای ساده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود. حداقل میانگین کارایی (%57/51) و حداکثر میانگین کارایی (%25/99) مدیای پردازش شده به ترتیب مربوط به سایز ذره 8/101 نانومتر و 900 نانومتر بود. میانگین افت فشار اولیه مدیای ساده و پردازش شده در سرعت سطحی آزمون به ترتیب 11/3±22/78 و 33/2±00/22 پاسکال و میانگین فاکتور کیفیت آنها برای جمع آوری ذرات 10 تا 1000 نانومتری به ترتیب برابر 029/0 و 060/0 (پاسکال/1) تعیین شد.
نتیجه گیری: به طور کلی، بیشترین درصد کارایی فیلتراسیون و کمترین میزان افت فشار به ترتیب برای مدیای PAN/ MgO ساده و پردازش شده بدست آمد. با این حال بالاترین فاکتور کیفیت متعلق به مدیای پردازش شده بود. با انجام پردازش پلاسما اگرچه کارایی جمع آوری ذرات کاهش پیدا کرد ولی با کاهش چشمگیر افت فشار مدیا در نهایت فاکتور کیفیت نسبت به مدیای ساده میزان قابل توجه‌تری را بدست آورد.
شماره‌ی مقاله: 4
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
تکنولوژیهای نوین تصفیه هوا(نانو و پلاسما)
دریافت: 1398/4/28 | پذیرش: 1399/2/14 | انتشار: 1399/10/13
دریافت: 1398/4/28 | پذیرش: 1399/2/14 | انتشار: 1399/10/13
فهرست منابع
1. 1. Kenry, Lim CT: Nanofiber technology: current status and emerging developments. Progress in Polymer Science 2017, 70:1-17. [DOI:10.1016/j.progpolymsci.2017.03.002]
2. Wang G, Yu D, Kelkar AD, Zhang L: Electrospun nanofiber: Emerging reinforcing filler in polymer matrix composite materials. Progress in Polymer Science 2017, 75:73-107. [DOI:10.1016/j.progpolymsci.2017.08.002]
3. Tao D, Wei Q, Cai Y, Xu Q, Sun L: Functionalization of polyamide 6 nanofibers by electroless deposition of copper. Journal of Coatings Technology and Research 2008, 5(3):399-403. [DOI:10.1007/s11998-008-9118-4]
4. Balamurugan R, Sundarrajan S, Ramakrishna S: Recent trends in nanofibrous membranes and their suitability for air and water filtrations. Membranes 2011, 1(3):232-248. [DOI:10.3390/membranes1030232]
5. Park JH, Yoon KY, Na H, Kim YS, Hwang J, Kim J, Yoon YH: Fabrication of a multi-walled carbon nanotube-deposited glass fiber air filter for the enhancement of nano and submicron aerosol particle filtration and additional antibacterial efficacy. Science of the total environment 2011, 409(19):4132-4138. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2011.04.060]
6. Dehghan SF, Golbabaei F, Sedigh-Zadeh A, Mohammadi H: Possibility of using plasma-processed hybrid nanofibers to remove toluene in air stream. Journal of Health and Safety at Work 2019, 9(3):179-190.
7. Vitchuli N, Shi Q, Nowak J, Nawalakhe R, Sieber M, Bourham M, McCord M, Zhang X: Plasma-electrospinning hybrid process and plasma pretreatment to improve adhesive properties of nanofibers on fabric surface. Plasma Chemistry and Plasma Processing 2012, 32(2):275-291. [DOI:10.1007/s11090-011-9341-0]
8. Kamlangkla K, Paosawatyanyong B, Pavarajarn V, Hodak JH, Hodak SK: Mechanical strength and hydrophobicity of cotton fabric after SF6 plasma treatment. Applied Surface Science 2010, 256(20):5888-5897. [DOI:10.1016/j.apsusc.2010.03.070]
9. Dehghan S, Golbabaei F, Maddah B, Latifi M, Pezeshk H, Hasanzadeh M, Akbar F: Optimization of Electrospinning Parameters for PAN-MgO Nanofibers Applied in Air Filtration Somayeh. Journal of the Air & Waste Management Association 2016, 66(9):912-921. [DOI:10.1080/10962247.2016.1162228]
10. ISO: ISO 29463: High-efficiency filters and filter media for removing particles in air-- Part 3: Testing flat sheet filter media. In. Geneva: International Organization for Standardization; 2011.
11. ASHREA: ASHREA 52.2: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. In. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.; 2006.
12. Habibi Mohraz M, Golbabaei F, Je Yu I, Sedigh Zadeh A, Mansournia MA, Farhang Dehghan S: Investigating effective parameters on the nanoparticles air filtration using Polyurethane nanofiber mats. Health and Safety at Work 2018, 8(1):29-42.
13. Matulevicius J, Kliucininkas L, Martuzevicius D, Krugly E, Tichonovas M, Baltrusaitis J: Design and characterization of electrospun polyamide nanofiber media for air filtration applications. Journal of nanomaterials 2014, 2014:14. [DOI:10.1155/2014/859656]
14. Dehghan S, Maddah B, Golbabaei F: The Development of Nanofibrous Media Filter Containing Nanoparticles for Removing Particles from Air Stream. Iranian Journal of Health and Environment 2016, 8(4):509-524.
15. Dehghan SF, Golbaaei F, Maddah B, Yarahmadi R, Zadeh AS: Experimental Investigations on electrospun mat production: for use in high-performance air filters. International Journal of Occupational Hygiene 2015, 7(3):110-118.
16. Bettencourt da Silva R, Williams A: Eurachem/CITAC Guide: Setting and Using Target Uncertainty
17. in Chemical Measurement; 2015.
18. Shao C, Guan H, Liu Y, Mu R: MgO nanofibres via an electrospinning technique. Journal of materials science 2006, 41(12):3821-3824. [DOI:10.1007/s10853-005-5623-3]
19. Dehghan SF, Golbabaei, F.2 , Mousavi, T2, Mohammadi, H 2, Kohneshahri, M.H.2 and Bakhtiari, R.3: Production of nanofibers containing magnesium oxide nanoparticles for removing bioaerosol. Pollution 2020, 6(1):185-196.
20. Bao L, Seki K, Niinuma H, Otani Y, Balgis R, Ogi T, Gradon L, Okuyama K: Verification of slip flow in nanofiber filter media through pressure drop measurement at low-pressure conditions. Separation and Purification Technology 2016, 159:100-107. [DOI:10.1016/j.seppur.2015.12.045]
21. Wang J, Kim SC, Pui DY: Investigation of the figure of merit for filters with a single nanofiber layer on a substrate. Journal of Aerosol Science 2008, 39(4):323-334. [DOI:10.1016/j.jaerosci.2007.12.003]
22. Brown RC: Air filtration. London: Pergamon Press; 1993.
23. Hosseini S, Tafreshi HV: Modeling permeability of 3-D nanofiber media in slip flow regime. Chemical Engineering Science 2010, 65(6):2249-2254. [DOI:10.1016/j.ces.2009.12.002]
24. Karwa AN, Tatarchuk BJ: Aerosol filtration enhancement using carbon nanostructures synthesized within a sintered nickel microfibrous matrix. Separation and purification technology 2012, 87:84-94. [DOI:10.1016/j.seppur.2011.11.026]
25. Liu J, Zeng B, Wu Z, Zhu J, Liu X: Improved field emission property of graphene paper by plasma treatment. Applied Physics Letters 2010, 97(3):033109. [DOI:10.1063/1.3467042]
26. Wei Q: Surface characterization of plasma-treated polypropylene fibers. Materials Characterization 2004, 52(3):231-235. [DOI:10.1016/j.matchar.2004.05.003]
27. Wang N, Zhu Z, Sheng J, Al-Deyab SS, Yu J, Ding B: Superamphiphobic nanofibrous membranes for effective filtration of fine particles. Journal of colloid and interface science 2014, 428:41-48. [DOI:10.1016/j.jcis.2014.04.026]
28. Moradi G, Sedighzadeh A, Yarahmadi R, Bakand S, Farshad A, Rezaeifard B: Synthesis of nano-fibrous mats using electrospinning method and determining their efficiency for nanoaerososls removal. Iran Occupational Health 2014, 11(4):1-11.
29. Hutten I: Handbook of Nonwoven Filter Media. Oxford Elsevier; 2007. [DOI:10.1016/B978-185617441-1/50016-0]
30. Papkov D, Zou Y, Andalib MN, Goponenko A, Cheng SZ, Dzenis YA: Simultaneously strong and tough ultrafine continuous nanofibers. ACS nano 2013, 7(4):3324-3331. [DOI:10.1021/nn400028p]
31. Zhang Q, Welch J, Park H, Wu C-Y, Sigmund W, Marijnissen JC: Improvement in nanofiber filtration by multiple thin layers of nanofiber mats. Journal of Aerosol Science 2010, 41(2):230-236. [DOI:10.1016/j.jaerosci.2009.10.001]
32. Yu X, Xiang H, Long Y, Zhao N, Zhang X, Xu J: Preparation of porous polyacrylonitrile fibers by electrospinning a ternary system of PAN/DMF/H2O. Materials Letters 2010, 64(22):2407-2409. [DOI:10.1016/j.matlet.2010.08.006]
33. Nataraj S, Yang K, Aminabhavi T: Polyacrylonitrile-based nanofibers-A state-of-the-art review. Progress in polymer science 2012, 37(3):487-513. [DOI:10.1016/j.progpolymsci.2011.07.001]
34. Chen H-M, Yu D-G: An elevated temperature electrospinning process for preparing acyclovir-loaded PAN ultrafine fibers. Journal of Materials Processing Technology 2010, 210(12):1551-1555. [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2010.05.001]
35. Ji L, Zhang X: Ultrafine polyacrylonitrile/silica composite fibers via electrospinning. Materials Letters 2008, 62(14):2161-2164. [DOI:10.1016/j.matlet.2007.11.051]
36. Kaur S, Gopal R, Ng WJ, Ramakrishna S, Matsuura T: Next-generation fibrous media for water treatment. Mrs Bulletin 2008, 33(1):21-26. [DOI:10.1557/mrs2008.10]
37. Yun KM, Suryamas AB, Iskandar F, Bao L, Niinuma H, Okuyama K: Morphology optimization of polymer nanofiber for applications in aerosol particle filtration. Separation and purification technology 2010, 75(3):340-345. [DOI:10.1016/j.seppur.2010.09.002]
38. Leung WW-F, Hung C-H, Yuen P-T: Effect of face velocity, nanofiber packing density and thickness on filtration performance of filters with nanofibers coated on a substrate. Separation and purification technology 2010, 71(1):30-37. [DOI:10.1016/j.seppur.2009.10.017]
39. Podgórski A, Bałazy A, Gradoń L: Application of nanofibers to improve the filtration efficiency of the most penetrating aerosol particles in fibrous filters. Chemical Engineering Science 2006, 61(20):6804-6815. [DOI:10.1016/j.ces.2006.07.022]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
