上海硅酸鹽所研製出可高效清除空氣PM2.5的新型過濾紙和口罩

研製的新型羥基磷灰石超長納米線基過濾紙及以其作為濾芯材料的過濾口罩

近年來，霧霾天氣頻繁出現，嚴重的空氣污染問題備受人們關注。空氣中PM2.5細顆粒物嚴重威脅人們的身體健康。PM2.5細顆粒物是指環境空氣動力學直徑小於或等於2.5微米的顆粒物，其在空氣中的含量越高，空氣污染就越嚴重。通常情況下，粒徑在10微米以上的較大顆粒物會被阻擋在人的鼻子之外；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物一部分會被鼻腔內的絨毛阻擋，雖然一部分能夠進入上呼吸道，但可通過痰液等排出體外，對人體健康危害相對較小。而人體的生理結構對粒徑在2.5微米以下的PM2.5細顆粒物，沒有有效過濾和阻攔的能力；PM2.5細顆粒物的粒徑小，活性高，且在大氣中停留時間長、輸送距離遠，影響範圍大，被吸入人體後會進入支氣管甚至肺部，引發多種疾病。此外，PM2.5細顆粒物可作為有毒有害物質、病毒和細菌的載體為疾病的傳播推波助瀾。因此，研製空氣PM2.5細顆粒物的高效過濾材料具有重要的意義。

日常生活中使用最普遍的空氣過濾產品是過濾口罩，在過濾口罩中普遍使用普通紗布、無紡布等濾料，其纖維較粗、纖維之間的孔隙較大，對PM10以上的大顆粒物具有較好的過濾效果，但難以高效清除空氣中PM2.5細顆粒物。目前存在的一個主要問題是市場上許多過濾口罩對PM2.5細顆粒物的過濾效率偏低。除了對PM2.5細顆粒物的過濾效果不理想外，一些過濾口罩的透氣性也較差。當吸氣阻力過大時，人佩戴後有可能出現頭暈、胸悶等不適癥狀。因此，急需研發過濾效率高並且透氣性好的過濾材料和過濾口罩，以滿足人們日常生活和工作的需求。

最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員朱英傑帶領的科研團隊在可用於高效清除空氣PM2.5細顆粒物的新型過濾紙的研究中取得新進展。該團隊在之前羥基磷灰石超長納米線耐火紙的研究工作基礎上，成功研製出一種可高效清除空氣PM2.5細顆粒物的新型羥基磷灰石超長納米線基過濾紙，以及以該材料作為濾芯的過濾口罩。該新型過濾紙生物相容性好、環境友好、無毒無害、柔韌性高、納米線之間可自組裝形成三維網路納米多孔結構、表面吸附能力強，可有效攔截、吸附和過濾空氣PM2.5細顆粒物，過濾效率高。另外，為顯著改善新型過濾紙的透氣性，該團隊採用羥基磷灰石超長納米線作為主要構建材料，再與植物纖維複合，從而形成多級複合孔道結構，實現了在保持空氣PM2.5細顆粒物高過濾效率的同時，還可大大提高過濾紙的透氣性。

新型過濾紙對空氣PM2.5和PM10顆粒物的過濾效率均高於95%，並且具有良好的透氣性，過濾效率優於多種商品化口罩。更為重要的是，該新型過濾紙在中度、重度、嚴重污染等不同程度的空氣污染環境中，對PM2.5細顆粒物的過濾效率均高於95%，可作為核心過濾材料嵌入日常過濾口罩中，實現在各種霧霾天氣環境中個人的有效防護。此外，該新型過濾紙還可多次重複和長時間使用。該新型過濾紙還有望作為高效濾芯材料應用於空氣凈化器、空調等產品中。

該團隊還研製出一種具有抗菌功能的新型羥基磷灰石超長納米線基過濾紙，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等常見細菌具有高效抗菌活性，有望應用於高效抗菌過濾口罩。

相關研究結果發表在英國皇家化學會《材料化學期刊A》上 (Journal of Materials Chemistry A, 5, 17482–17491 (2017))，並申請一項發明專利。

相關研究工作得到國家自然科學基金、上海市科委、中科院上海硅酸鹽所創新重點項目等的資助。

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