بهینه‌سازی فرایند الکتروریسی بسترهای نانوفیبری چند منظوره pan/zif8 و استفاده از آن در ماسک‌های حفاظت تنفسی

مقدمه: 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 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-8 (zif8) و به‌کارگیری بستر بهینه‌شده در ماسک‌های پزشکی به‌منظور افزایش عملکرد حفاظتی این ماسک‌ها است.روش کار: در این مطالعه، برای سنتز zif8، از روش دوستدار محیط زیست در محیط آبی استفاده شد. در ادامه، محلول‌های پلیمری pan/zif8 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/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.  یافته ها: با توجه به نتایج کسب‌شده، 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 پایین‌تر (31/42 pa) و درنهایت فاکتور کیفیت بالاتر (pa-1 0/1401) در مقایسه با سایر ماسک‌های مورد بررسی برخوردار است.نتیجه گیری: نتایج مطالعه ی حاضر، حاکی از این بوده که بسترهای ساخته‌شده ی pan/zif8، 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.

optimizing the electrospinning process of pan/zif8 multifunctional nanofiber substrates and using them in respiratory protection masks

introduction: with the spread of the covid-19 pandemic and the lack of adequate protection by existing protective equipment, many researchers’ attention has turned to developing improved respiratory protection equipment. considering their special properties and nanoscale dimensions, electrospun nanofibers are a suitable option for improving operational characteristics of substrates used in conventional facemasks. this study aimed to optimize the electrospinning process of polyacrylonitrile nanofibers (pan) containing zif8 and use the optimized substrate in medical facemasks to increase their protective performance.material and methods: this study employed an environmentally friendly method to synthesize zif8 in an aqueous environment. then, pan/zif8 polymer solutions were prepared in dimethylformamide. the effects of electrospinning parameters, including electrospinning voltage, polymer solution concentration, electrospinning distance, and polymer injection flow rate on diameter and uniformity of nanofibers were investigated. electrospinning conditions were optimized using response surface methodology (rsm) and central composite design (ccd) to obtain desired values for response (dependent) variables. finally, optimized pan/zif8 and pan nanofibers were electrospun on spun-bond substrate. base weight, average diameter of fibers, filtration performance, pressure drop, and quality factor of fabricated substrates were assessed.results: according to results, optimal conditions for electrospinning of pan/zif8 polymeric solution for polymer concentration (a), electrospinning voltage (b), electrospinning distance (c), and polymer injection flow rate (d) were respectively 70 w/v%, 20 kv, 18 cm, and 0.4 ml/h. moreover, despite lower base weight of pan/zif8 nanofiber mask, it displayed higher filtration performance (98.51%), lower pressure drop (31.42 pa), and higher quality factor (0.140 pa-1) in comparison to other studied masks.conclusion: experimental models developed in this study provide acceptable values for filtration efficiency and quality factor for filtration applications. additionally, they serve as a guideline for subsequent experiments to produce uniform and continuous nanofibers with desired diameter for future applications in absorbent media (intermediate absorbent layers) of respirators.