عادل جعفری فتح، فرشید قربانی شهنا، عبدالرحمن بهرامی، مجید حبیبی محرز،
دوره 13، شماره 2 - ( 4-1402 )
چکیده
مقدمه: با گسترش پاندمی کووید ۱۹ (COVID-۱۹) و عدم ایجاد حفاظت کافی توسط تجهیزات حفاظتی موجود، توجه بسیاری از پژوهشگران به توسعه ی تجهیزات حفاظت تنفسی ارتقایافته، سوق یافته است. نانوفیبرهای الکتروریسی‌شده، به دلیل دارا بودن خواص ویژه و قطر الیاف در ابعاد نانومتری، گزینه ی مناسبی جهت ارتقای خصوصیات عملکردی بسترهای معمول مورد استفاده در ماسک‌ها هستند. هدف مطالعه ی حاضر، بهینه‌سازی فرایند الکتروریسی برای ساخت بسترهای نانوفیبری پلی اکریلونیتریل (PAN) بر پایه ی جاذب چارچوب‌های ایمیدازول زئولیتی-۸ (ZIF۸) و به‌کارگیری بستر بهینه‌شده در ماسک‌های پزشکی به‌منظور افزایش عملکرد حفاظتی این ماسک‌ها است.
روش کار: در این مطالعه، برای سنتز ZIF۸، از روش دوستدار محیط زیست در محیط آبی استفاده شد. در ادامه، محلول‌های پلیمری PAN/ZIF۸ در حلال دی متیل فرمامید آماده‌سازی 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 بهره‌گیری از طرح آزمایشات سطح-پاسخ (RSM) بر اساس طرح مرکب مرکزی (CCD) مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت بستر PAN/ZIF۸ 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.
یافته ها: با توجه به نتایج کسب‌شده، شرایط بهینه ی الکتروریسی محلول پلیمری PAN/ZIF۸ برای پارامترهای غلظت محلول پلیمری، ولتاژ الکتروریسی، دبی تزریق و فاصله ی الکتروریسی، به ترتیب w/v% ۷۰، kv ۲۰، ml.hr-۱ ۰/۴ و ۱۸ cm به دست آمد. همچنین نتایج مطالعه ی حاضر، حاکی از این بود که ماسک دارای بستر نانوفیبری PAN/ZIF۸ با وجود وزن پایه ی کمتر، از عملکرد فیلتراسیون بهتر (۹۸/۵۱%)، افت فشار پایین‌تر (۳۱/۴۲ Pa) و درنهایت فاکتور کیفیت بالاتر (Pa-۱ ۰/۱۴۰۱) در مقایسه با سایر ماسک‌های مورد بررسی برخوردار است.
نتیجه گیری: نتایج مطالعه ی حاضر، حاکی از این بوده که بسترهای ساخته‌شده ی PAN/ZIF۸، از عملکرد فیلتراسیونی خوبی برای استفاده در تجهیزات حفاظت تنفسی برخوردار هستند و می‌توان با مدل توسعه داده‌شده، نانوفیبرهای یکنواخت و پیوسته با قطر دلخواه را برای کاربردهای خاص، به‌ویژه در ساختار بسترهای فیلتراسیونی ماسک‌های حفاظت تنفسی استفاده کرد.
زهرا هاشمی، محمد‌جواد شیخ‌مظفری، آزما پوترا، مرضیه صادقیان، نسرین اسدی، سعید احمدی، معصومه علی‌دوستی،
دوره 14، شماره 3 - ( 7-1403 )
چکیده
مقدمه: با وجود اینکه پنل‌های میکروسوراخدار (MPP) به عنوان نسل جدیدی از جاذب‌های صوتی و جایگزینی موثر برای جاذب‌های الیافی معرفی می‌شوند، این فناوری همچنان با چالش‌هایی مواجه است. مهم‌ترین ضعف این پنل‌ها، پهنای باند جذب محدود آنهاست که عمدتاً در اطراف فرکانس طبیعی متمرکز است. این محدودیت باعث می‌شود که MPP ها نتوانند به‌طور موثری طیف وسیعی از فرکانس‌ها را پوشش دهند، که این امر کارایی آنها را در کاربردهای مختلف کاهش می‌دهد. در نتیجه، بهینه‌سازی طراحی این پنل‌ها برای بهبود عملکرد جذب در گستره وسیع‌تری از فرکانس‌ها، به یکی از اهداف اصلی تحقیقات در این حوزه تبدیل شده است
روش کار: در این مطالعه از روش سطح پاسخ (RSM) با رویکرد طراحی مرکب مرکزی (CCD) و نرم‌افزار Design Expert برای تعیین میانگین ضریب جذب نرمال در محدوده فرکانسی ۱۲۵ تا ۲۵۰۰ هرتز استفاده شد. همچنین شبیه‌سازی‌های عددی به روش اجزاء محدود (FEM) برای اعتبارسنجی نتایج RSM انجام گرفت. پس از بهینه‌سازی، یک جاذب MPP طراحی، ساخته و ضریب جذب نرمال آن با استفاده از لوله امپدانس اندازه‌گیری شد. مدل تئوریک مدار معادل (ECM) نیز برای پیش‌بینی ضریب جذب نرمال برای MPP ساخته شده استفاده شد.
یافته ها: فرایند بهینه‌سازی نشان داد که با تنظیم قطر سوراخ‌ها، درصد تخلخل و عمق حفره هوایی پشت پنل به ترتیب بر روی ۰.۳ میلی‌متر، ۲.۵% و ۲۵ میلی‌متر، حداکثر جذب در محدوده فرکانسی مورد نظر حاصل می‌شود. تحت این شرایط بهینه، میانگین ضریب جذب با پیش‌بینی‌های RSM در شبیه‌سازی‌های عددی، تئوریک و آزمایشگاهی هماهنگی نزدیک داشت و بهبود چشمگیری به میزان ۱۳.۸% نسبت به MPP غیر بهینه‌شده نشان داد.
نتیجه گیری: این مطالعه کارایی و اثربخشی استفاده از RSM را برای ارزیابی پارامترهای مختلف مؤثر بر عملکرد MPP به نمایش گذاشت. همچنین مدل عددی FEM و مدل تئوریک ECM همبستگی قابل توجهی با نتایج لوله امپدانس نشان دادند و به‌عنوان جایگزین‌های مقرون‌به‌صرفه و قابل اعتماد برای روش‌های آزمایشگاهی سنتی پیشنهاد می‌شوند. این مدل‌ها سطح توافق قابل قبولی با نتایج تجربی ارائه دادند و پتانسیل خود را در کاربردهای عملی تایید کردند.
