Biodegradable Nanofiber/Metal–Organic Framework/Cotton Air Filtration Membranes Enabling Simultaneous Removal of Toxic Gases and Particulate Matter

微粒 过滤(数学) 金属有机骨架 纳米纤维 空气过滤 材料科学 化学工程 环境化学 化学 吸附 纳米技术 有机化学 生物化学 数学 工程类 统计
作者
Su-Jin Ryu,Doyeon Kim,Hyewon Lee,Yoonjin Kim,Youngbok Lee,Myungwoong Kim,Hee-Dong Lee,Hoik Lee
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (19): 3965-3965 被引量:14
标识
DOI:10.3390/polym15193965
摘要

The typical filters that protect us from harmful components, such as toxic gases and particulate matter (PM), are made from petroleum-based materials, which need to be replaced with other environmentally friendly materials. Herein, we demonstrate a route to fabricate biodegradable and dual-functional filtration membranes that effectively remove PM and toxic gases. The membrane was integrated using two layers: (i) cellulose-based nanofibers for PM filtration and (ii) metal–organic framework (MOF)-coated cotton fabric for removal of toxic gases. Zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) was grown from the surface of the cotton fabric by the treatment of cotton fabric with an organic precursor solution and subsequent immersion in an inorganic precursor solution. Cellulose acetate nanofibers (NFs) were deposited on the MOF-coated cotton fabric via electrospinning. At the optimal thickness of the NF layer, the quality factor of 18.8 × 10−2 Pa−1 was achieved with a filtration efficiency of 93.1%, air permeability of 19.0 cm3/cm2/s, and pressure drop of 14.2 Pa. The membrane exhibits outstanding gas adsorption efficiencies (>99%) for H2S, formaldehyde, and NH3. The resulting membrane was highly biodegradable, with a weight loss of 62.5% after 45 days under standard test conditions. The proposed strategy should provide highly sustainable material platforms for practical multifunctional membranes in personal protective equipment.

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