新型过滤纸可高效清除空气PM2.5

作者: 化工塑胶  发布:2020-05-07

聚贸资讯:口罩看似常见,其使用的材料却有大有讲究,得同时满足两个看似矛盾的特性:能过滤细微颗粒物,同时又要做到透气舒适。

从中科院获悉,*近,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的科研团队在可用于高效清除空气PM2.5细颗粒物的新型过滤纸的研究中取得新进展。该团队在之前羟基磷灰石超长纳米线耐火纸的研究工作基础上,成功研制出一种可高效清除空气PM2.5细颗粒物的新型羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸,以及以该材料作为滤芯的过滤口罩。该新型过滤纸生物相容性好、环境友好、无毒无害、柔韧性高、纳米线之间可自组装形成三维网络纳米多孔结构、表面吸附能力强,可有效拦截、吸附和过滤空气PM2.5细颗粒物,过滤效率高。另外,为显著改善新型过滤纸的透气性,该团队采用羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料,再与植物纤维复合,从而形成多级复合孔道结构,实现了在保持空气PM2.5细颗粒物高过滤效率的同时,还可大大提高过滤纸的透气性。 新型过滤纸对空气PM2.5和PM10颗粒物的过滤效率均高于95%,并且具有良好的透气性,过滤效率优于多种商品化口罩。更为重要的是,该新型过滤纸在中度、重度、严重污染等不同程度的空气污染环境中,对PM2.5细颗粒物的过滤效率均高于95%,可作为核心过滤材料嵌入日常过滤口罩中,实现在各种雾霾天气环境中个人的有效防护。此外,该新型过滤纸还可多次重复和长时间使用。该新型过滤纸还有望作为高效滤芯材料应用于空气净化器、空调等产品中。 该团队还研制出一种具有抗菌功能的新型羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等常见细菌具有高效抗菌活性,有望应用于高效抗菌过滤口罩。

日前,中科院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的科研团队研制出可高效清除空气PM2.5的新型过滤纸和口罩,对空气PM2.5和PM10颗粒物的过滤效率均高于95%,同时透气性良好。相关研究结果发表在英国皇家化学会《材料化学期刊A》上(Journal of Materials Chemistry A),并申请一项发明专利。

新型羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸及以其作为滤芯材料的过滤口罩。

朱英杰在接受澎湃新闻()采访时表示,“传统的口罩主要用普通纱布、无纺布作为滤料,这些植物纤维比较粗,纤维之间孔隙比较大,对PM10以上的颗粒有比较好的过滤效果,但对PM2.5这样的细颗粒物过滤效率就比较低了。”

PM2.5细颗粒物是指环境空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物,其在空气中的含量越高,空气污染就越严重。通常颗粒物粒径在大于2.5微米时,才能被鼻腔绒毛、鼻子或者普通防护口罩直接挡在外面。

在朱英杰团队此番研制的这款防护口罩中,采用羟基磷灰石(一种无机材料,也是骨骼和牙齿中的主要无机成分)超长纳米线作为主要构建材料,再与植物纤维复合,从而形成多级复合孔道结构,实现了在保持空气PM2.5细颗粒物高过滤效率的同时,还可大大提高过滤纸的透气性。

值得一提的是,朱英杰和羟基磷灰石已经打交道近十年。2014年,朱英杰团队还成功制备出新型羟基磷灰石耐火纸,在科学界引起广泛关注,堪称“耐火纸之父”。

朱英杰在2002年1月入选中科院“百人计划”回国工作,曾获得过上海市自然科学一等奖等荣誉,2014年、2015年和2016年连续3年入选Elsevier发布的中国高被引学者榜,目前任中科院上海硅酸盐研究所生物纳米技术研究课题组组长。

过滤效率高于95%

朱英杰提到,目前这款新型的羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸,以及以该材料作为滤芯的过滤口罩,“是在之前羟基磷灰石超长纳米线耐火纸的基础上研制的”,仍然以羟基磷灰石超长纳米线为主要构建材料。

“羟基磷灰石其实是人体内的材料,是典型的生物材料,生物相容性特别好,环境友好、无毒无害,而口罩是需要和人体接触的,所以这个材料非常适合。”

选定主材料之后,面临的首要问题是要满足PM2.5防护口罩的过滤效率。“我们用羟基磷灰石做成新型过滤纸以后,纳米线之间互相交织形成了三维网络多孔结构,孔的尺寸是在纳米级的,属于纳米孔。PM2.5颗粒粒径比我们过滤纸孔的尺寸要大,会被拦截过不去,所以过滤效率是比较高的。”

当然,单纯满足过滤效率也不是难题。“如果我们用100%的羟基磷灰石来制备口罩,PM2.5顾虑效率就能达到100%,但纯纳米线的过滤纸透气性不是太好。”口罩的两大最重要的性能,也就是过滤效率和透气性。

“透气性不好的话,人一旦戴上就会感到呼吸困难、胸闷等不舒服的感觉。”为平衡透气性问题,研究团队引入植物纤维和羟基磷灰石纳米线进行复合。“均匀复合之后,就可以形成多级的孔道结构。我们的实验结果表明,植物纤维的最佳比例在15%-20%,在这个最佳比例条件下,可以明显地改善透气性。”

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