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上海硅酸盐所研制出可高效清除空气PM2.5的新型过滤纸及过滤口罩
2018-01-19 16:20:25 | 【 【打印】【关闭】

  近年来,雾霾天气频繁出现,严重的空气污染问题备受人们关注。空气中PM2.5细颗粒物严重威胁人们的身体健康。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。通常情况下,粒径在10微米以上的较大颗粒物,会被阻挡在人的鼻子之外;粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物一部分会被鼻腔内的绒毛阻挡,虽然一部分能够进入上呼吸道,但可通过痰液等排出体外,对人体健康危害相对较小。而人体的生理结构对粒径在2.5微米以下的PM2.5细颗粒物,没有有效过滤和阻拦的能力;PM2.5细颗粒物的粒径小,活性高,且在大气中停留时间长、输送距离远,影响范围大,被吸入人体后会进入支气管甚至肺部,引发多种疾病;。此外,PM2.5细颗粒物可作为有毒有害物质、病毒和细菌的载体为疾病的传播推波助澜。因此,研制空气PM2.5细颗粒物的高效过滤材料具有重要的意义。 

  日常生活中使用最普遍的空气过滤产品是过滤口罩,在过滤口罩中普遍使用普通纱布、无纺布等滤料,其纤维较粗、纤维之间的孔隙较大,对PM10以上的大颗粒物具有较好的过滤效果,但难以高效清除空气中PM2.5细颗粒物。目前存在的一个主要问题是市场上许多过滤口罩对PM2.5细颗粒物的过滤效率偏低。除了对PM2.5细颗粒物的过滤效果不理想外,一些过滤口罩的透气性也较差;。当吸气阻力过大时,人配戴后有可能出现头晕、胸闷等不适症状。因此,急需研发过滤效率高并且透气性好的过滤材料和过滤口罩,以满足人们日常生活和工作的需求。 

最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员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 (Chemistry–A European Journal, 20, 1242 (2014); ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 34715 (2016); ACS Applied Materials & Interfaces, 9, 22212 (2017))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,以及以该材料及以其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,为了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PM2.5PM10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。另一个优点是该新型过滤纸还可多次重复和长时间使用。此外,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。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。相关研究结果发表在国际著名学术期刊英国皇家化学会“材料化学期刊A(Z. C. Xiong, R. L. Yang, Y. J. Zhu, et al., Journal of Materials Chemistry A, 5, 1748217491 (2017), I.F. = 8.867),并申请一项发明专利。 

  相关研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、中科院上海硅酸盐研究所创新重点项目等资助。 

 

  1. 所研制的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以及以该材料作为滤芯的过滤口罩过滤口罩 

  2. 所研制的新型羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸的定量对其透气性和不同尺寸颗粒物过滤效率的影响 

  3. 所研制的新型羟基磷灰石超长纳米线基过滤纸在各种不同程度的污染环境中对空气PM2.5细颗粒物的过滤效率(均高于95 %,而且可以多次重复和长时间使用) 

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