علوم و فناوری نساجی و پوشاک

علوم و فناوری نساجی و پوشاک

ساخت و مشخصه‌یابی ماسک‌های نانولیفی کامپوزیتی الکتروریسی‌شده بر پایه سلولزاستات حاوی نانوذرات اکسید آهن و اکسید مس برای فیلتراسیون ذرات معلق هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی نساجی، پوشاک و مد، واحد قائم‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائم شهر، ایران
2 گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قایمشهر، قایمشهر، ایران،
3 گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران
4 گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قایمشهر، قایمشهر، ایران
10.22034/jtst.2026.589501.1558
چکیده
آلودگی هوا و انتشار عوامل بیماری‌زا، ضرورت توسعه مواد فیلتری با راندمان بالا و ویژگی‌های عملکردی بهبود‌یافته را افزایش داده است. هدف این پژوهش، تهیه و ارزیابی اولیه نانوالیاف الکتروریسی‌شده سلولز استات اصلاح‌شده با نمک‌های سولفات آهن و سولفات مس به‌عنوان مدیای فیلتری بالقوه بود. ابتدا شرایط بهینه الکتروریسی با بررسی اثر غلظت محلول، ولتاژ اعمالی، نرخ تغذیه و فاصله نوک سوزن تا جمع‌کننده تعیین شد. سپس چهار نوع لایه شامل سلولز استات خالص، سلولز استات حاوی سولفات آهن، سلولز استات حاوی سولفات مس و سلولز استات حاوی ترکیب سولفات آهن و سولفات مس تولید شدند. ویژگی‌های مورفولوژیکی و قطر الیاف با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، خواص مکانیکی با آزمون کشش، عملکرد فیلتراسیون و افت فشار تحت شرایط آزمون تعیین‌شده و تغییرات رشد میکروبی به‌صورت مقدماتی بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت محلول سلولز استات تا ۱۸ درصد وزنی موجب کاهش تشکیل ساختارهای دانه تسبیحی و ایجاد الیاف یکنواخت‌تر شد. شرایط بهینه الکتروریسی شامل غلظت ۱۸ درصد وزنی، ولتاژ ۱۷ کیلوولت، فاصله ۷۰ میلی‌متر و نرخ تغذیه ۱ میلی‌لیتر بر ساعت تعیین گردید. افزودن نمک‌های فلزی موجب تغییر در مورفولوژی الیاف و کاهش قطر متوسط آن‌ها شد؛ به‌طوری‌که میانگین قطر الیاف نمونه‌های بررسی‌شده در محدوده0.681 نانومتر قرار داشت. نمونه حاوی ترکیب آهن و مس در شرایط آزمون، راندمان فیلتراسیون 97.80، 97.63، 99.97، 99.99 درصد به ترتیب برای ذرات 0.3، 0.5، 1 و3 میکرون و افت فشار 29 پاسگال را نشان داد. نتایج آزمون‌های مکانیکی و فیلتراسیون بر اساس سه تکرار مستقل و به‌صورت میانگین ± انحراف معیار گزارش شدند. بررسی مقدماتی رشد میکروبی نشان داد که حضور نمک‌های فلزی با تغییرات مشاهده‌شده در رشد کلنی‌ها همراه است؛ با این حال، به دلیل عدم استفاده از سویه‌های استاندارد و نبود آزمون کمی، این نتایج تنها به‌عنوان شواهد اولیه از اثر احتمالی ترکیبات فلزی بر رشد میکروبی تفسیر می‌شوند. در مجموع، لایه‌های نانوالیافی سلولز استات اصلاح‌شده با نمک‌های آهن و مس می‌توانند به‌عنوان مدیای فیلتری با قابلیت بالقوه مورد بررسی قرار گیرند، اگرچه ارزیابی‌های تکمیلی شامل بررسی ایمنی زیستی، رهایش یون‌های فلزی، دوام عملکرد در شرایط واقعی و آزمون‌های استاندارد کاربرد نهایی برای تأیید قابلیت استفاده عملی ضروری است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Fabrication and Characterization of Electrospun, Cellulose acetate Nanofibrous Composite Masks Containing Iron and Copper Oxide Nanoparticles for Airborne Particulate Filtration

نویسندگان English

Javad Nouri 1
pei,man valipour 2
Alireza Hosinpour 2
ramin khajavi 3
vahid mohamadi 4
1 Department of Textile Engineering, Apparel, and Fashion,, QaS.C.,Islamic Azad University. Qaem Shahr. IRAN
2 Textile Engineering Department, Faculty of Technology and Engineering, Islamic Azad University Qaimshahr Branch, Qaimshahr, Iran
3 Textile Engineering Department, Faculty of Technology and Engineering, Islamic Azad University South Tehran Branch, Tehran, Iran
4 Textile Engineering Department, Faculty of Technology and Engineering, Islamic Azad University Qaimshahr Branch, Qaimshahr, Iran
چکیده English

Air pollution and the increasing spread of pathogenic agents have highlighted the need for the development of filtration materials with high efficiency and improved functional performance. In this study, electrospun cellulose acetate nanofibers modified with iron sulfate and copper sulfate salts were fabricated and preliminarily evaluated as potential filtration media. Initially, the optimal electrospinning conditions were determined by investigating the effects of solution concentration, applied voltage, feeding rate, and needle-to-collector distance. Subsequently, four types of nanofibrous layers, including pristine cellulose acetate, cellulose acetate containing iron sulfate, cellulose acetate containing copper sulfate, and cellulose acetate containing both iron sulfate and copper sulfate, were prepared. The morphological characteristics and fiber diameter were evaluated using scanning electron microscopy (SEM), mechanical properties were assessed by tensile testing, filtration performance and pressure drop were determined under the specified test conditions, and preliminary changes in microbial growth were investigated. The results demonstrated that increasing the cellulose acetate concentration to 18 wt% reduced bead formation and resulted in the formation of more uniform nanofibers. The optimum electrospinning parameters were determined as an 18 wt% polymer concentration, an applied voltage of 17 kV, a needle-to-collector distance of 70 mm, and a solution feeding rate of 1 mL h⁻¹. The incorporation of metal salts altered the fiber morphology and decreased the average fiber diameter, with the measured diameters ranging within [actual value] nm. The cellulose acetate containing both iron sulfate and copper sulphate sample exhibited a filtration efficiency of [actual value]% for particles with a size of [particle size] µm and a pressure drop of [actual value] [unit] under the applied test conditions. The mechanical and filtration results were reported based on [number of independent replicates] independent replicates and expressed as mean ± standard deviation. Preliminary microbial growth evaluation indicated that the presence of metal salts was associated with changes in the observed colony growth patterns. However, due to the lack of reference microbial strains and quantitative antimicrobial analysis, these findings are considered preliminary evidence of the possible effect of metal-containing compounds on microbial growth rather than definitive antimicrobial activity. Overall, the developed metal salt-modified cellulose acetate nanofibrous layers demonstrated potential for further investigation as filtration media. Nevertheless, additional studies, including biosafety assessment, metal ion release evaluation, long-term performance stability under realistic conditions, and standardized application-related testing, are required before considering practical implementation.

کلیدواژه‌ها English

Electrospinning
Cellulose acetate
Copper sulfate
Iron sulfate
Airborne particulate filtration

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 11 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 15 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 23 مرداد 1405