ساخت و بهينه‌سازي نانو الياف پلي آكريلونيتريل براي كاربرد در فيلتراسيون هوا

Fabrication and Optimization of Electrospun Polyacrylonitrile Nanofiber for Application in Air Filtration

زمينه و هدف :در فيلترهاي نانوليفي بي‌بافت، خصوصيات ريخت‌شناسي الياف توليدي، قطر آن‌ها و درصد تخلخل مديا از مهمترين مشخصه‌هاي فيلتراسيون در نظر گرفته مي‌شود. از اين رو در مطالعه حاضر بهينه‌سازي پارامتر هاي الكتروريسي براي رسيدن به مقادير مطلوب مشخصه‌هاي فوق صورت گرفت. روش بررسي: بدين منظور طرح آزمايشي ‌ از طريق روش رويه پاسخ تهيه شد كه در آن فاكتورهاي عملياتي الكتروريسي شامل غلظت محلول ، ولتاژ دستگاه و فاصله سوزن تزريق تا جمع‌آوري‌كننده به عنوان متغيرهاي ورودي و پارامترهاي قطر الياف، درصد تخلخل، تعداد گره و نسبت متوسط قطر گره به قطر الياف به عنوان متغيرهاي پاسخ در نظر گرفته شدند. مطالعات ريخت شناسي الياف توليدي و تخلخل مدياها از طريق پردازش تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي تعيين گرديد. يافته‌ها: حداكثر غلظت مورد بررسي محلول باعث ايجاد بهترين ريخت شناسي و حداكثر قطر الياف گرديد. بالاترين ضريب همبستگي بين قطر الياف و غلظت محلول ديده شد ( 0/73=p <0.05، r). قويترين همبستگي نيز بين درصد تخلخل و ولتاژ دستگاه ديده شد (0/39=p >0.05,، r). رابطه سايز گره با پارامترهاي غلظت محلول (0/6- =r) و فاصله الكتروريسي(0/56=r) از نظر آماري معني‌دار تعيين شد. تعداد گره نيز، بويژه با افزايش غلظت محلول كاهش مي‌يافت. نتيجه گيري: در مجموع، روش رويه پاسخ به خوبي توانست ارتباط بين متغيرهاي ورودي و خروجي را تعيين نمايد. ضرايب رگراسيوني بدست آمده در مدل هاي رياضي، به خوبي ارزش داده‌هاي تجربي حاصله را بيان كرد. آزمايشات تكميلي اعتبارسنجي نشان داد مقادير تجربي بدست آمده توافق خوبي با مقادير پيش بيني شده دارند.

Background and aims: In nanofibrous filters, morphological properties, diameter of fibers and porosity percent of media are the most filtration characteristics. Therefore, the present study aimed to optimize the electrospinning parameters for reaching to the desired values of the mentioned filter characteristics. Methods: For this purpose, a study design was prepared using response surface methodology (RSM), in which electrospinning factors such as solution concentration, applied voltage and electrospinning distance were considered input variables and the fiber diameter, porosity, bead number and average bead diameter to average fiber diameter (ABD/AFD) ratio were considered the output variables. Morphological features of fibers and porosity of media were done through image processing approach of Scanning Emission Microscopy (SEM) images. Results: Maximum concentration in assessed range can provide the best morphology and also the maximum diameter. The highest correlation coefficient has been seen between fiber diameter and solution concentration (p <0.05, r=0.73). Porosity and applied voltage represent the strongest relationship (p >0.05, r=0.39). There was the significant relationship between both concentration and electrospinning distance and bead size (r=-1.6, r=0.56, respectively). Bead number was decreased specially with increase in concentration. Conclusion: Totally, RSM could well determine the relationship between input and response variables. High regression coefficient in mathematical models indicated the importance of the experimental values. The validation test shown the experimental data are in good agreement with the predicted ones.