بهینه سازی فرایند الکتروریسی بسترهای نانوفیبری چند منظوره PAN/ZIF8 و استفاده از آن در ماسک های حفاظت تنفسی

با گسترش پاندمی کووید 19 (COVID-19) و عدم ایجاد حفاظت کافی توسط تجهیزات حفاظتی موجود، توجه بسیاری از پژوهشگران به توسعه ی تجهیزات حفاظت تنفسی ارتقایافته، سوق یافته است. نانوفیبرهای الکتروریسی شده، به دلیل دارا بودن خواص ویژه و قطر الیاف در ابعاد نانومتری، گزینه ی مناسبی جهت ارتقای خصوصیات عملکردی بسترهای معمول مورد استفاده در ماسک ها هستند. هدف مطالعه ی حاضر، بهینه سازی فرایند الکتروریسی برای ساخت بسترهای نانوفیبری پلی اکریلونیتریل (PAN) بر پایه ی جاذب چارچوب های ایمیدازول زیولیتی-8 (ZIF8) و به کارگیری بستر بهینه شده در ماسک های پزشکی به منظور افزایش عملکرد حفاظتی این ماسک ها است.

در این مطالعه، برای سنتز ZIF8، از روش دوستدار محیط زیست در محیط آبی استفاده شد. در ادامه، محلول های پلیمری PAN/ZIF8 در حلال دی متیل فرمامید آماده سازی شده و سپس نحوه ی اثر پارامترهای الکتروریسی، ازجمله غلظت محلول پلیمری، ولتاژ اعمالی الکتروریسی، فاصله ی الکتروریسی و دبی تزریق پلیمر بر روی قطر و یکنواختی (درصد ضریب تغییرات نانوفیبرها) با بهره گیری از طرح آزمایشات سطح-پاسخ (RSM) بر اساس طرح مرکب مرکزی (CCD) مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت بستر PAN/ZIF8 بهینه شده و بستر PAN بر روی زیرلایه ی اسپان باند، الکتروریسی شد و وزن پایه، میانگین قطر فیبرها، راندمان فیلتراسیون، افت فشار و فاکتور کیفیت بسترها مورد بررسی قرار گرفت.  

با توجه به نتایج کسب شده، شرایط بهینه ی الکتروریسی محلول پلیمری PAN/ZIF8 برای پارامترهای غلظت محلول پلیمری، ولتاژ الکتروریسی، دبی تزریق و فاصله ی الکتروریسی، به ترتیب w/v% 70، kv 20، ml.hr-1 0/4 و 18 cm به دست آمد. همچنین نتایج مطالعه ی حاضر، حاکی از این بود که ماسک دارای بستر نانوفیبری PAN/ZIF8 با وجود وزن پایه ی کمتر، از عملکرد فیلتراسیون بهتر (98/51%)، افت فشار پایین تر (31/42 Pa) و درنهایت فاکتور کیفیت بالاتر (Pa-1 0/1401) در مقایسه با سایر ماسک های مورد بررسی برخوردار است.

نتایج مطالعه ی حاضر، حاکی از این بوده که بسترهای ساخته شده ی PAN/ZIF8، از عملکرد فیلتراسیونی خوبی برای استفاده در تجهیزات حفاظت تنفسی برخوردار هستند و می توان با مدل توسعه داده شده، نانوفیبرهای یکنواخت و پیوسته با قطر دلخواه را برای کاربردهای خاص، به ویژه در ساختار بسترهای فیلتراسیونی ماسک های حفاظت تنفسی استفاده کرد.