| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 2,846 |
| تعداد مقالات | 32,300 |
| تعداد مشاهده مقاله | 41,386,841 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 18,562,109 |
تهیه فیلترسلولزی هوا از الیاف بامبو | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| دوره 39، شماره 4 - شماره پیاپی 89، دی 1403، صفحه 301-312 | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2024.366975.1781 | ||
| نویسندگان | ||
| زهرا کاظمی کرچنگی* 1؛ نورالدین نظرنژاد2؛ حسن شریفی3 | ||
| 1دانشجوی دکتری صنایع چوب و فراورده های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| 2دانشیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| 3استادیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: امروزه با توسعه سریع جامعه انسانی، آلودگی ذرات معلق (PM) در جو افزایش یافته است. ذرات معلق به راحتی وارد سیستم تنفسی انسان شده و اثرهای جدی بر سلامت دارند و به‌عنوان یکی از مسائل بحرانی و مخاطره‌آمیز در جوامع شهری مدرن مطرح هستند. فیلترهای هوا نقشی کلیدی در کاهش انتشار این ذرات و جلوگیری از اثرهای مضر آنها بر سلامت انسان ایفا می‌کنند. با توجه به اهمیت روزافزون مسئله آلودگی هوا و اثرهای مخرب آن بر سلامت انسان و محیط‌زیست، استفاده از فیلترهای مؤثر و سازگار با محیط‌زیست بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا، مواد طبیعی و زیست‌تجزیه‌پذیر مانند الیاف بامبو، گزینه مناسبی برای جایگزینی با مواد پلیمری مصنوعی در ساخت فیلتر محسوب می‌شوند. این تحقیق بر تهیه و ارزیابی فیلتر سلولزی هوا با استفاده از الیاف بامبو برای مقابله با آلودگی هوا متمرکز است. مواد و روش ها: برای تهیه فیلتر، الیاف بامبو ابتدا از طریق فرایند سودا آنتراکینون با هیدروکسید سدیم 25 درصد، مدت زمان پخت 2 ساعت و دمای پخت 175 درجه سانتی‌گراد با مقدار آنتراکینون (AQ) 2/0 درصد خمیرسازی شد، سپس طی توالی D0ED1 به‌وسیله دی‌اکسید کلر و سود رنگ‌بری شد. در مرحله بعد فرایند اکسیداسیون با مقادیر پراکسید هیدروژن 3 درصد، سیلیکات سدیم 3 درصد و نسبت هیدروکسید سدیم به پراکسید هیدروژن 8/0 انجام شد. سپس 3 درصد پلی وینیل الکل به سوسپانسیون حاصل اضافه گردید و به مدت 10 دقیقه با زمان ماندن یکسان برای همه تیمارها هم زده شد. سوسپانسیون با یک هموژنایزر اولترا توراکس همگن شد و برای تهیه فیلتر سلولزی در خشک‌کن انجمادی در دمای 110- درجه سانتی‌گراد در طول 72 ساعت خشک گردید. نتایج: نتایج نشان داد که اکسیداسیون و افزودن PVA تأثیر مثبت بر ویژگی‌های مکانیکی و ساختاری فیلتر دارد. مقاومت کششی فیلترها پس از اکسیداسیون و افزودن PVA بهبود قابل‌توجهی یافته و از 236/0 نیوتن بر گرم به 528/0 نیوتن بر گرم افزایش یافت. میزان تخلخل و نفوذپذیری هوا نیز تحت تأثیر اکسیداسیون و افزودن PVA قرار گرفتند که پس از اکسیداسیون، با افزایش تعداد گروه‌های کربوکسیل و بهبود پراکندگی الیاف سلولزی، تخلخل و نفوذپذیری هوا افزایش یافتند. در حالی که افزودن PVA، پیوندهای هیدروژنی قوی ایجاد نمود و تخلخل و نفوذپذیری هوا کاهش یافت. تصاویر میکروسکوپی الکترونی (SEM) نیز تغییرات ساختاری ناشی از اکسیداسیون را به‌وضوح نشان دادند، پس از اکسیداسیون و افزودن PVA تراکم شبکه فیبری افزایش یافت و پراکندگی یکنواخت الیاف را بهبود داد و ساختاری منسجم‌تر در حالی که منفذهای کوچک میان الیاف همچنان وجود داشتند ایجاد کرد. سطح ویژه و اندازه متوسط منافذ فیلترها با استفاده از روش BET بررسی شد که نشان میدهد در فیلترهای اکسید شده و حاوی PVAسطح ویژه بیشتر شد و اندازه منافذ در همه فیلترها در مقیاس نانو حفظ گردید. نتیجه گیری: این نتایج نشان میدهد که ترکیب الیاف بامبو اکسید شده حاوی PVA به تولید فیلترهای هوای کارآمد با ویژگی‌های بهبود یافته منجر میشود که می‌تواند به کاهش آلودگی هوا کمک کند، زیرا این فیلترها با دارا بودن منافذ در مقیاس نانو قادر به جلوگیری از عبور ذرات معلق PM هستند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فیلتر هوا؛ اکسیداسیون؛ پلی ونیل الکل؛ الیاف بامبو | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Preparation of cellulose air filter from bamboo fibers | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Zahra Kazemi Karchangi1؛ Noureddin Nazarnezhad2؛ Hasan Sharifi3 | ||
| 1Ph.D. Student of Wood and Cellulose Product, Sari Agricultural science and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| 2Associated Professor, Wood and Cellulose Product Department, Sari Agricultural science and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| 3Assistant professor, Wood and Cellulose Product Department, Sari Agricultural science and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and purpose: Today, with the rapid development of human society, the pollution of particles matter (PM) in the atmosphere has increased. Suspended particles easily enter the human respiratory system and have serious effects on health, they are considered as one of the critical and risky issues in modern urban societies. Air filters play a key role in reducing the emission of these particles and preventing their harmful effects on human health. Due to the growing importance of air pollution and its harmful effects on human health and the environment, the use of effective and environmentally friendly filters has received more attention. In this regard, natural and biodegradable materials such as bamboo fibers are considered a suitable alternative to synthetic polymer materials in making filters. This research focuses on the preparation and evaluation of cellulose air filter using bamboo fibers to deal with air pollution. Materials and methods: To prepare the filter, bamboo fibers were first pulped through the process of soda anthraquinone with 25% sodium hydroxide, pulping time 2 hours and temperature 175 degrees Celsius with 0.2% anthraquinone (AQ), then during D0ED1 sequence was bleached by chlorine dioxide and soda. In the next step, the oxidation process was carried out with 3% hydrogen peroxide, 3% sodium silicate and the ratio of sodium hydroxide to hydrogen peroxide 0.8. Then 3% polyvinyl alcohol was added to the resulting suspension and stirred for 10 minutes with the same retention time for all treatments. The suspension was homogenized with an Ultra Thorax homogenizer and dried in a freeze dryer at -110°C for 72 hours to prepare the cellulose filter. Results: The results showed that oxidation and addition of PVA have a positive effect on the mechanical and structural characteristics of the filter. The tensile strength of filters improved significantly after oxidation and adding PVA and increased from 0.236 Nm/g to 0.528 Nm/g. The amount of porosity and air permeability were also affected by oxidation and PVA addition, after oxidation, the porosity and air permeability increased by increasing the number of carboxyl groups and improving the dispersion of cellulose fibers. While the addition of PVA created strong hydrogen bonds and reduced porosity and air permeability. Electron microscopic images (SEM) also clearly showed the structural changes caused by oxidation. After oxidation and adding PVA, the density of the fiber network increased and improved the uniform dispersion of fibers and created a more coherent structure while small pores between fibers still existed. The specific surface area and the average pore size of the filters were checked using the BET method, which shows that the specific surface area increased in the oxidized and PVA-containing filters, and the pore size was maintained in the nano scale in all filters. Conclusion: These results show that the combination of oxidized bamboo fibers containing PVA leads to the production of efficient air filters with improved characteristics that can help reduce air pollution because these filters are able to prevent the passage of PM suspended particles by having pores at the nanoscale. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Air filter, oxidation, polyvinyl alcohol, bamboo fibers | ||
| مراجع | ||
|
-Azhar, O., Jahan, Z., Sher, F., Niazi, M.B.K., Kakar, S.J. and Shahid, M., 2021. Cellulose acetate-polyvinyl alcohol blend hemodialysis membranes integrated with dialysis performance and high biocompatibility. Materials Science and Engineering: C, 126, p.112127.
-Barbosa, L.C., Maltha, C.R., Demuner, A.J., Cazal, C.M., Reis, E.L. and Colodette, J.L., 2013. A rapid method for quantification of carboxyl groups in cellulose pulp. BioResources, 8(1), 1043-1054.
-Begum, M.H.A., Hossain, M.M., Gafur, M.A., Kabir, A.H., Tanvir, N.I. and Molla, M.R., 2019. Preparation and characterization of polyvinyl alcohol–starch composites reinforced with pulp. SN Applied Sciences, 1, 1-9.
-Chen, Y., Etxabide, A., Seyfoddin, A. and Ramezani, M., 2023. Fabrication and characterisation of poly (vinyl alcohol)/chitosan scaffolds for tissue engineering applications. Materials Today: Proceedings.
-Choo, K.W., 2017. Preparation and characterization of polyvinyl alcohol/chitosan composite films reinforced with cellulose nanofiber/Choo Kai Wen (Doctoral dissertation, University of Malaya).
-Do Nascimento, F.C., de Aguiar, L.C.V., Costa, L.A.T., Fernandes, M.T., Marassi, R.J., Gomes, A.D.S. and de Castro, J.A., 2021. Formulation and characterization of crosslinked polyvinyl alcohol (PVA) membranes: effects of the crosslinking agents. Polymer Bulletin, 78(2), pp.917-929.
-Ebrahimi, I., Gashti, M.P. and Sarafpour, M., 2018. Photocatalytic discoloration of denim using advanced oxidation process with H2O2/UV. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 360, 278-288.
-Ghebreyesus, TA., 2018. 9 out of 10 people worldwide breathe polluted air, but more countries are taking actioN 39 (May): 641–43.
-He, Y., Liu, H. and Ying, W., 2024. Constructing Stable Polyvinyl Alcohol/Gelatin/Cellulose Nanocrystals Composite Electrospun Membrane with Excellent Filtration Efficiency for PM2. 5. Polymers, 16(12), 1656.
-Karchangi, Z.K., Nazarnezhad, N., Labidi, J. and Sharifi, S.H., 2024. Preparation of Filter Paper from Bamboo and Investigating the Effect of Additives. Materials, 17(9), p.1977.
-Li, L., Lee, S., Lee, H.L. and Youn, H.J., 2011. Hydrogen peroxide bleaching of hardwood kraft pulp with adsorbed birch xylan and its effect on paper properties. BioResources, 6(1), 721-736.
-Lin, Z., Xia, Y., Yang, G., Chen, J. and Ji, D., 2019. Improved film formability of oxidized starch-based blends through controlled modification with cellulose nanocrystals. Industrial crops and products, 140, p.111665.
-Liu, Z., Qin, L., Liu, S., Zhang, J., Wu, J. and Liang, X., 2022. Superhydrophobic and highly moisture-resistant PVA@ EC composite membrane for air purification. RSC advances, 12(54), 34921-34930.
-Long, J., Tang, M., Liang, Y. and Hu, J., 2018. Preparation of fibrillated cellulose nanofiber from lyocell fiber and its application in air filtration. Materials, 11(8), 1313.
-Macfarlane, A.L., Kadla, J.F. and Kerekes, R.J., 2012. High performance air filters produced from freeze-dried fibrillated wood pulp: fiber network compression due to the freezing process. Industrial & engineering chemistry research, 51(32), 10702-10711
-Masrol, S.R., Ibrahim, M.H.I., Adnan, S., Abdul Raub, R., Sa'adon, A.M., Sukarno, K.I. and Yusoff, M.F.H., 2018. Durian rind soda-anthraquinone pulp and paper: Effects of elemental chlorine-free bleaching and beating. Journal of Tropical Forest Science, 106-116.
-Peng, H. and Wang, S., 2017. Properties and reinforcing mechanism of cellulose reinforced polyvinyl alcohol hydrogel membranes. In international symposium on mechanical engineering and material science (ISMEMS 2017) (pp. 25-28). Atlantis Press.
-Pui, D.Y., Chen, S.C. and Zuo, Z., 2014. PM2.5 in China: Measurements, sources, visibility and health effects, and mitigation. Particuology, 13, 1-26.
-Purchas, D. and Sutherland, K., (Eds.). 2002. Handbook of filter media. Elsevier.
-Sepahvand, S., Bahmani, M., Ashori, A., Pirayesh, H., Yu, Q. and Dafchahi, M.N., 2021. Preparation and characterization of air nanofilters based on cellulose nanofibers. International Journal of Biological Macromolecules, 182, 1392-1398.
-Shrotri, A., Kobayashi, H. and Fukuoka, A., 2016. Air oxidation of activated carbon to synthesize a biomimetic catalyst for hydrolysis of cellulose. ChemSusChem, 9(11), 1299-1303.
-Strand, A., Sundberg, A., Retulainen, E., Salminen, K., Oksanen, A., Kouko, J., Ketola, A., Khakalo, A. and Rojas, O. 2017. The effect of chemical additives on the strength, stiffness and elongation potential of paper. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 32(3), pp.324-335.
-Suriaman, I., Hendrarsakti, J., Mardiyati, Y. and Pasek, A.D., 2022. Synthesis and characterization of air filter media made from cellulosic ramie fiber (Boehmeria nivea). Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2022, 3, 100216.
-Tiotiu, AI., Novakova, P., Nedeva, D., Chong-neto, HJ. and Novakova, S., 2020. Paschalis Steiropoulos, and Krzysztof Kowal. Impact of air pollution on asthma outcomes, 1–29.
-Umair, M., Azis, N., Halis, R. and Jasni, J., 2020. Investigation of kenaf paper in the presence of pva for transformers application. Materials, 13(21), 5002.
-Vera-Loor, A., Rigou, P., Marlin, N., Mortha, G. and Dufresne, A., 2022. Oxidation treatments to convert paper-grade Eucalyptus kraft pulp into microfibrillated cellulose. Carbohydrate Polymers, 296, 119946.
-Wang, P., Lv, H., Cao, X., Liu, Y. and Yu, D.G., 2023. Recent progress of the preparation and application of electrospun porous nanofibers. Polymers, 15(4), p.921.
-World Health Organization, WHO., 2005. WHO air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide: global update 2005, 1–21. 10.1016/0004-6981(88)90109-6.
-Zhao, X., Wang, S., Yin, X., Yu, J. and Ding, B., 2016. Slip-effect functional air filter for efficient purification of PM 2.5. Scientific reports, 6(1), 1-11.
-Zhu, M., Cao, Q., Liu, B., Guo, H., Wang, X., Han, Y., Sun, G., Li, Y. and Zhou, J., 2020. A novel cellulose acetate/poly (ionic liquid) composite air filter. Cellulose, 27, 3889-3902.
-Zhu, Y., Song, X., Wu, R., Fang, J., Liu, L., Wang, T., Liu, S., Xu, H. and aHuang, W., 2021. A review on reducing indoor particulate matter concentrations from personal‐level air filtration intervention under real‐world exposure situations. Indoor air, 31(6), 1707-1721.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 125 |
||