中國(guó)“耐火紙之父”研制出PM2.5過(guò)濾率超95%的防霾口罩

• 2017年9月29日 FanTianQing來(lái)源：鳳凰網(wǎng) 1232 80
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朱英杰在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，“傳統(tǒng)的口罩主要用普通紗布、無(wú)紡布作為濾料，這些植物纖維比較粗，纖維之間孔隙比較大，對(duì)PM10以上的顆粒有比較好的過(guò)濾效果，但對(duì)PM2.5這樣的細(xì)顆粒物過(guò)濾效率就比較低了?！?/p>

　　能過(guò)濾掉超95%PM2.5的口罩你見(jiàn)過(guò)沒(méi)？

　　口罩看似常見(jiàn)，其使用的材料卻有大有講究，得同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)看似矛盾的特性：能過(guò)濾細(xì)微顆粒物，同時(shí)又要做到透氣舒適。

　　日前，中科院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)研制出可高效清除空氣PM2.5的新型過(guò)濾紙和口罩，對(duì)空氣PM2.5和PM10顆粒物的過(guò)濾效率均高于95%，同時(shí)透氣性良好。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)《材料化學(xué)期刊A》上 （Journal of Materials Chemistry A），并申請(qǐng)一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。

　　朱英杰在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，“傳統(tǒng)的口罩主要用普通紗布、無(wú)紡布作為濾料，這些植物纖維比較粗，纖維之間孔隙比較大，對(duì)PM10以上的顆粒有比較好的過(guò)濾效果，但對(duì)PM2.5這樣的細(xì)顆粒物過(guò)濾效率就比較低了。”

　　PM2.5細(xì)顆粒物是指環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，其在空氣中的含量越高，空氣污染就越嚴(yán)重。通常顆粒物粒徑在大于2.5微米時(shí)，才能被鼻腔絨毛、鼻子或者普通防護(hù)口罩直接擋在外面。

　　在朱英杰團(tuán)隊(duì)此番研制的這款防護(hù)口罩中，采用羥基磷灰石（一種無(wú)機(jī)材料，也是骨骼和牙齒中的主要無(wú)機(jī)成分）超長(zhǎng)納米線(xiàn)作為主要構(gòu)建材料，再與植物纖維復(fù)合，從而形成多級(jí)復(fù)合孔道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在保持空氣PM2.5細(xì)顆粒物高過(guò)濾效率的同時(shí)，還可大大提高過(guò)濾紙的透氣性。

　　值得一提的是，朱英杰和羥基磷灰石已經(jīng)打交道近十年。2014年，朱英杰團(tuán)隊(duì)還成功制備出新型羥基磷灰石耐火紙，在科學(xué)界引起廣泛關(guān)注，堪稱(chēng)“耐火紙之父”。

　　朱英杰在2002年1月入選中科院“百人計(jì)劃”回國(guó)工作，曾獲得過(guò)上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)，2014年、2015年和2016年連續(xù)3年入選Elsevier 發(fā)布的中國(guó)高被引學(xué)者榜，目前任中科院上海硅酸鹽研究所生物納米技術(shù)研究課題組組長(zhǎng)。

　　過(guò)濾效率高于95%

　　朱英杰提到，目前這款新型的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)基過(guò)濾紙，以及以該材料作為濾芯的過(guò)濾口罩，“是在之前羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)耐火紙的基礎(chǔ)上研制的”，仍然以羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線(xiàn)為主要構(gòu)建材料。

　　“羥基磷灰石其實(shí)是人體內(nèi)的材料，是典型的生物材料，生物相容性特別好，環(huán)境友好、無(wú)毒無(wú)害，而口罩是需要和人體接觸的，所以這個(gè)材料非常適合?！?/p>

　　選定主材料之后，面臨的首要問(wèn)題是要滿(mǎn)足PM2.5防護(hù)口罩的過(guò)濾效率。“我們用羥基磷灰石做成新型過(guò)濾紙以后，納米線(xiàn)之間互相交織形成了三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，孔的尺寸是在納米級(jí)的，屬于納米孔。PM2.5顆粒粒徑比我們過(guò)濾紙孔的尺寸要大，會(huì)被攔截過(guò)不去，所以過(guò)濾效率是比較高的。”

　　當(dāng)然，單純滿(mǎn)足過(guò)濾效率也不是難題?！叭绻覀冇?00%的羥基磷灰石來(lái)制備口罩，PM2.5顧慮效率就能達(dá)到100%，但純納米線(xiàn)的過(guò)濾紙透氣性不是太好?！笨谡值膬纱笞钪匾男阅埽簿褪沁^(guò)濾效率和透氣性。

　　“透氣性不好的話(huà)，人一旦戴上就會(huì)感到呼吸困難、胸悶等不舒服的感覺(jué)。”為平衡透氣性問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)引入植物纖維和羥基磷灰石納米線(xiàn)進(jìn)行復(fù)合?！熬鶆驈?fù)合之后，就可以形成多級(jí)的孔道結(jié)構(gòu)。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，植物纖維的最佳比例在15%-20%，在這個(gè)最佳比例條件下，可以明顯地改善透氣性?！?/p>

　　朱英杰表示，“我們?cè)囼?yàn)中得出的過(guò)濾效率95%以上實(shí)際上是比較保守的，我們可以做到100%，但這里面有個(gè)矛盾，過(guò)濾效率越高，透氣性就變差了。我們是在做一個(gè)平衡，保證口罩的透氣性?！?/p>

　　研究還指出，該新型過(guò)濾紙?jiān)谥卸?、重度、?yán)重污染等不同程度的空氣污染環(huán)境中，對(duì)PM2.5細(xì)顆粒物的過(guò)濾效率均高于95%。此外，該新型過(guò)濾紙還可多次重復(fù)和長(zhǎng)時(shí)間使用，并有望作為高效濾芯材料應(yīng)用于空氣凈化器、空調(diào)等產(chǎn)品中。

　　朱英杰還強(qiáng)調(diào)，這款PM2.5防護(hù)口罩未來(lái)還可以同時(shí)具備抗菌作用?！凹尤胍恍┛咕鷦┻M(jìn)行復(fù)合之后，就能對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等常見(jiàn)細(xì)菌具有高效抗菌活性。”值得注意的是，PM2.5細(xì)顆粒物在本身危害人體健康的同時(shí)，還可作為有毒有害物質(zhì)、病毒和細(xì)菌的有載體。

　　正在醞釀產(chǎn)業(yè)化

　　要想真正發(fā)揮這款新型PM2.5防護(hù)口罩的作用，還必須推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化。 朱英杰透露，“我們正在向產(chǎn)業(yè)化方面努力，目前正在談合作的事情，下面就想跟企業(yè)合作，把我們的技術(shù)和產(chǎn)品盡快產(chǎn)業(yè)化?！?/p>

　　不過(guò)，產(chǎn)業(yè)化并非易事。上海一家納米口罩企業(yè)的一名人士對(duì)記者表示，“真正產(chǎn)業(yè)化會(huì)遇到技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)型等各方面的問(wèn)題，大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室小批量實(shí)驗(yàn)是完全不同的，而且能不能大規(guī)模生產(chǎn)也需要考慮，如果需要花費(fèi)很高的成本去做，那就沒(méi)有任何競(jìng)爭(zhēng)力。”該人士同時(shí)強(qiáng)調(diào)，真正產(chǎn)業(yè)化的東西，當(dāng)然也需要在實(shí)驗(yàn)室潛心研究的，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累，也很難做成產(chǎn)業(yè)化。

　　該人士坦言，關(guān)于PM2.5防護(hù)口罩方面的研究，這兩年會(huì)有一個(gè)激增?！艾F(xiàn)在不光是新材料這一塊在研究，傳統(tǒng)的熔噴布也在進(jìn)步，過(guò)濾效果也越來(lái)越好，阻力（和透氣性相關(guān)）也越來(lái)越低?！?/p>

　　熔噴布是目前常見(jiàn)防塵口罩的核心過(guò)濾材料，是一種含有靜電駐極體的無(wú)紡布，纖維比一般無(wú)紡布細(xì)（直徑1-5微米），靠靜電吸附粉塵。美國(guó)多元化科技公司3M就是熔噴鼻祖，無(wú)論在工業(yè)領(lǐng)域還是現(xiàn)在的民用防霾口罩領(lǐng)域，3M口罩在市場(chǎng)的地位都不可撼動(dòng)。

　　然而，熔噴布一大致命缺點(diǎn)即靜電衰減，也就意味著口罩使用壽命短，這也是業(yè)內(nèi)一直研究的課題。朱英杰也提到，“熔噴布的缺點(diǎn)包括不易清潔、短時(shí)間使用后阻力上升快、呼吸不適等問(wèn)題?！绷硗?，朱英杰還認(rèn)為，熔噴布還存在不易實(shí)現(xiàn)多種功能于一體，如抗菌功能等其他缺點(diǎn)。

　　因此，眼下在防霾口罩領(lǐng)域的這塊新陣地中，新舊材料都在期待有番作為。就國(guó)內(nèi)而言，除中科院上海硅酸鹽研究所此番研制的成果之外，今年以來(lái)，相繼有浙江大學(xué)常州工業(yè)技術(shù)研究院、大連理工大學(xué)、武漢紡織大學(xué)等高校和機(jī)構(gòu)宣布研制成功防霾口罩。

　　大連理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)稱(chēng)其采用靜電紡絲纖維膜制成濾芯的防霧霾口罩，對(duì)于PM2.5過(guò)濾效率近乎100%，對(duì)于直徑為0.3微米的空氣懸浮顆粒過(guò)濾效果也高達(dá)99%，并且如此高的過(guò)濾效率并沒(méi)有增加呼吸負(fù)擔(dān)。

　　值得注意的是，市場(chǎng)上的防霧霾口罩質(zhì)量實(shí)則參差不齊。朱英杰提高，“目前市場(chǎng)上所謂的PM2.5口罩大多存在的一個(gè)主要問(wèn)題，就是過(guò)濾效率偏低，現(xiàn)在有的過(guò)濾口罩的過(guò)濾效率低于50%，甚至只有百分之十幾。還有一點(diǎn)就是透氣性比較差?！碑?dāng)然，對(duì)于用于人直接使用的口罩，質(zhì)量指標(biāo)還包括甲醛、PH值、可分解致癌芳香氨染料、微生物等。

　　為規(guī)范市場(chǎng)和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2014年7月啟動(dòng)了GB/T 32610—2016標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目計(jì)劃，并于2016年4月25日正式發(fā)布，同年11月1日起正式實(shí)施。GB/T 32610—2016《日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范》是中國(guó)首個(gè)民用防護(hù)口罩國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此前，僅制定了醫(yī)用及工業(yè)防護(hù)口罩標(biāo)準(zhǔn)。

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