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兼具高效過濾和殺菌效果的個人防護用品材料
中國紡織網
2019/6/3
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兼具高效過濾和殺菌效果的個人防護用品材料

  目前市場上的空氣凈化裝置大多是依賴具有一定致密性和厚度的纖維網狀濾芯,這些過濾器展現出優異的PM捕獲效率,但不能實現對有害微生物的殺滅作用。隨著細菌、真菌、病毒等的不斷繁殖滋生,過濾器的使用壽命會大大降低。因此開發一種既能濾除PM顆粒又能殺菌的綠色環保綜合式空氣凈化材料就顯得尤為重要。

  北京理工大學王博教授研究團隊結合前期的研究工作制備了一系列具有光催化活性的金屬—有機框架(MOFs),篩選了具有超高光催化殺菌活性的ZIF-8,實現對水體中大腸桿菌的高效殺滅。然后利用熱壓法設計合成了新型的高效綜合空氣過濾器(MOFilter),PM微粒捕獲效率能達到98%以上,同時還可以殺滅空氣中99.99%的細菌。

  用于空氣綜合凈化和個人防護的示意圖

  作者首先對比了一系列具有光催化活性的MOFs,實驗結果表明,ZIF-8在模擬太陽光照射2 h之后,對大腸桿菌的殺滅效率大于99.9999%。通過ICP-MS和光催化殺菌實驗驗證了ZIF-8優異的殺菌性能主要來自于光催化產生的活性氧自由基,而不是釋放的Zn2+的殺菌作用。同時與傳統光催化殺菌半導體做了對比,ZIF-8光催化殺菌效果和速率都高于ZnO和TiO2。

  ZIF-8光催化殺菌性質

  為了模擬真實的使用環境,作者合成了基于ZIF-8的MOFilter,用于濾除PM顆粒和光催化殺菌,且能實現大面積制備。實驗結果表明,MOFilter對PM濾除率高達98%。同時經模擬太陽光照射30 min,MOFilter的空氣殺菌率大于99.99%。把使用過的MOFilter隨機剪裁出5片,并用液體培養基培養20 h,沒有觀察到細菌的恢復生長,進一步說明MOFilter真正實現了光催化殺菌。更重要的是,在細菌初始濃度為105CFU·mL-1的條件下,該MOFilter連續使用5次,其殺菌率均可以保持在99%以上,為該材料實現商品化奠定了基礎。

  MOFilter的表征及空氣綜合凈化性質

  為了實現個人防護功能,研究團隊開發了一款基于MOFilter的個人防護用品(MOFilter口罩)。通過噴灑微生物氣溶膠模擬真實使用場景,然后檢測MOFilter口罩上的細菌存活率,光照30min后沒有細菌存活。同時和商用的N95口罩做了對比,相同條件下,商用口罩殘留大量的活菌。在此實驗結果基礎之上,作者也將ZIF-8熱壓在真絲布上,用于加工制備自清潔衣物。這項研究在個人防護方面具有極高的應用前景。

  MOFilter口罩的個人防護性質

  相關成果以《Metal-organic frameworks with photocatalytic bactericidal activity for integrated air cleaning》為題發表在《Nature Communications》上。

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