Nanofibras biodegradáveis eletrofiadas aplicadas à filtração de ar do SARS-CoV-2 Simulado

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Mata, Gustavo Cardoso da
Orientador(a): Aguiar, Mônica Lopes lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20046
Resumo: One of the lasting outcomes of the COVID-19 pandemic was the production and deposition of plastics. These materials, particularly disposable face masks, end up in the environment, releasing microplastics and other pollutants. Although the pandemic has ended, disposable face masks continue to be essential in healthcare services and major cities to mitigate the effects of increasing air pollution. This study aimed to create a viable alternative to disposable face masks made from non-degradable polymers. It utilized polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CS) as natural and biodegradable polymers to produce air filters using the electrospinning technique. Solution properties, such as rheology and conductivity, were investigated using Design of Experiments (DoE), particularly Response Surface Methodology (RSM), to optimize nanofiber production, dimensions, and air filtration capabilities, achieving filtration efficiencies of up to 99%, superior to N95 face masks. Nanostructures present in our electrospun fiber mat, known as spider-nets, were tailored to further enhance the fiber mat properties. Our tests also examined the mechanical properties of the air filters, adjusting their mechanical strength and hydrophobicity, further improving our fibers to withstand higher air filtration velocities. This study has already achieved its main goals, providing a viable and biodegradable alternative to traditional discardable facemasks, complying with regulations worldwide, and contributing to the current trend among scientists to transition to more ecological materials.
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Although the pandemic has ended, disposable face masks continue to be essential in healthcare services and major cities to mitigate the effects of increasing air pollution. This study aimed to create a viable alternative to disposable face masks made from non-degradable polymers. It utilized polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CS) as natural and biodegradable polymers to produce air filters using the electrospinning technique. Solution properties, such as rheology and conductivity, were investigated using Design of Experiments (DoE), particularly Response Surface Methodology (RSM), to optimize nanofiber production, dimensions, and air filtration capabilities, achieving filtration efficiencies of up to 99%, superior to N95 face masks. Nanostructures present in our electrospun fiber mat, known as spider-nets, were tailored to further enhance the fiber mat properties. Our tests also examined the mechanical properties of the air filters, adjusting their mechanical strength and hydrophobicity, further improving our fibers to withstand higher air filtration velocities. This study has already achieved its main goals, providing a viable and biodegradable alternative to traditional discardable facemasks, complying with regulations worldwide, and contributing to the current trend among scientists to transition to more ecological materials.Um dos resultados duradouros da pandemia de COVID-19 foi a produção e deposição de plásticos. Esses materiais, especialmente máscaras descartáveis, acabam no meio ambiente, liberando microplásticos e outros poluentes. Embora a pandemia tenha terminado, máscaras descartáveis continuam a ser essenciais em serviços de saúde e nas grandes cidades para mitigar os efeitos do aumento da poluição do ar. Este estudo teve como objetivo criar uma alternativa viável às máscaras descartáveis feitas de polímeros não degradáveis. Utilizou álcool polivinílico (PVA) e quitosana (CS) como polímeros naturais e biodegradáveis para produzir filtros de ar usando a técnica de eletrofiação. As propriedades da solução, como reologia e condutividade, foram investigadas utilizando o Design de Experimentos (DoE), particularmente a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM), para otimizar a produção de nanofibras, suas dimensões e capacidades de filtragem do ar, alcançando eficiências de filtração de até 99%, superior às máscaras N95. Estruturas nanométricas presentes em nosso tapete de fibras eletrofiadas, conhecidas como teias de aranha, foram ajustadas para melhorar ainda mais as propriedades do tapete de fibras. Nossos testes também examinaram as propriedades mecânicas dos filtros de ar, ajustando sua resistência mecânica e hidrofobicidade, melhorando ainda mais nossas fibras para suportar maiores velocidades de filtração de ar. Este estudo já alcançou seus principais objetivos, fornecendo uma alternativa viável e biodegradável às máscaras descartáveis tradicionais, cumprindo com as regulamentações em todo o mundo e contribuindo para a tendência atual entre os cientistas de transitar para materiais mais ecológicos.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)140707/2023-0engUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessElectrospinningFacemasksBiodegradable polymersElectrospun nanofibersPolyvinyl alcoholChitosanResponse surface methodologyAir FiltrationEletrofiaçãoMáscaras FaciaisPolímeros BiodegradáveisNanofibras eletrofiadasÁlcool polivinílicoQuitosanaMetodologia de superfície de respostaFiltração de arENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICANanofibras biodegradáveis eletrofiadas aplicadas à filtração de ar do SARS-CoV-2 SimuladoElectrospun biodegradable nanofibers applied to air filtration of Simulated SARS-CoV-2info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdf.txtTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdf.txtExtracted texttext/plain100571https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f88964dd-6e88-4c3b-9914-5d781c3a0ef6/download1fe59cde3b56a0fb3dc6d950e5c56aa2MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdf.jpgTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5026https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/73009506-deab-4616-88e1-758a91d5ee56/downloadf2c1ac4fe7ad3a4e06164dc780c3088cMD54falseAnonymousREADORIGINALTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdfTese - Final (Gustavo Cardoso da Mata).pdfTese de Doutorado - Arquivo Principalapplication/pdf9729073https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/909006f4-c037-47f7-8e80-a23ef51432f1/download521741cfe2a4a2266407cbb0b1c2f93bMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81036https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b0efbeec-20a5-42fc-ad4d-0df09c7eb8ac/download36c17387d15ae3a457ba8815a26942c5MD52falseAnonymousREAD20.500.14289/200462025-02-06 02:31:49.314http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20046https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:31:49Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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