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Biodegradable and high-performance multiscale structured nanofiber membrane as mask filter media via poly(lactic acid) electrospinning

纳米纤维 静电纺丝 材料科学 过滤(数学) 多孔性 滤波器(信号处理) 纳米尺度 压力降 化学工程 复合材料 聚合物 纳米技术 化学 计算机科学 生物化学 统计 数学 工程类 计算机视觉 物理 热力学
作者
Ling Wang,Yanfei Gao,Junpeng Xiong,Weili Shao,Chen Cui,Ning Sun,Yuting Zhang,Shuzhen Chang,Pengju Han,Fan Liu,Jianxin He
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:606: 961-970 被引量:111
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.08.079
摘要

The usage of single-use face masks (SFMs) has increased since the outbreak of the coronavirus pandemic. However, non-degradability and mismanagement of SFMs have raised serious environmental concerns. Moreover, both melt-blown and nanofiber-based mask filters inevitably suffer from poor filtration performance, like a continuous decrease in the removal efficiency for particulate matter (PM) and weak breathability. Herein, we report a new method to create biodegradable and reusable fibrous mask filters. The filter consists of a true nanoscale bio-based poly(lactic acid) (PLA) fiber (an average size of 37 ± 4 nm) that is fabricated via electrospinning of an extremely dilute solution. Furthermore, we designed a multiscale structure with integrated features, such as low basis weight (0.91 g m-2), small pore size (0.73 μm), and high porosity (91.72%), formed by electrospinning deposition of true nanoscale fibers on large pore of 3D scaffold nanofiber membranes. The resultant mask filter exhibited a high filtration efficiency (PM0.3-99.996%) and low pressure drop (104 Pa) superior to the commercial N95 filter. Importantly, this filter has a durable filtering efficiency for PM and natural biodegradability based on PLA. Therefore, this study offers an innovative strategy for the preparation of PLA nanofibers and provides a new design for high-performance nanofiber filters.
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