防霧霾口罩材料性能評(píng)價(jià)

防霧霾口罩材料性能評(píng)價(jià)

近年來(lái)，中國(guó)霧霾頻發(fā)。可吸入顆粒物是造成霧霾的罪魁禍?zhǔn)?其中的細(xì)顆粒物(PM2.5)會(huì)直接進(jìn)入人的肺泡甚至血液系統(tǒng),造成心血管疾病秋冬季霧霾頻發(fā)之時(shí),也是流感病毒肆虐之季,所以兼具防霧霾與抗菌性能的口罩是十分必要的。在抗菌劑選擇上,納米銀(Ag)抗菌劑以其長(zhǎng)效抑菌和廣譜抗菌的特點(diǎn)被廣泛使用,納米Ag通常由硝酸銀(AgNO本研究首先對(duì)市面上常見(jiàn)的防霧霾口罩濾料的透氣性能和過(guò)濾性能進(jìn)行測(cè)試,以選定最佳濾料材料;其次,為了增加防霧霾口罩的抗菌性能,通過(guò)紫外光還原法在活性炭布表面負(fù)載納米Ag顆粒,并對(duì)不同AgNO1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器、儀器和儀器棉布、麻布、聚丙烯(PP)熔噴非織造布(100g/m全自動(dòng)透氣量?jī)x(YG461E-Ⅲ型),武漢國(guó)量?jī)x器有限公司;空氣檢測(cè)儀(諾科蘭德A1型),諾科蘭德有限公司;真空干燥箱(DZF-6210型),上海一恒科技有限公司;掃描電子顯微鏡(SEM,S-4800型),日本日立公司;X射線(xiàn)衍射儀(XRD,D/max-2500型),日本Rigaku公司;電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP,iCAP6300型),美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司;紫外線(xiàn)燈(LUYOR-1129A型),上海路陽(yáng)儀器有限公司。1.2樣品的制備1.2.1濾料的選擇將面積為30cm1.2.2等待agl布的制備稱(chēng)取0.4g的活性炭布浸潤(rùn)于20mL一定用量[分別為1%(wt,質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、3%、5%]的AgNO1.3透氣性能測(cè)試采用全自動(dòng)透氣量?jī)x(YG461E-Ⅲ型,武漢國(guó)量?jī)x器有限公司)測(cè)試織物的透氣率。采用空氣檢測(cè)儀(諾科蘭德A1型,諾科蘭德有限公司)測(cè)試空氣中的PM2.5指數(shù),檢測(cè)范圍為0～999μg/m2結(jié)果與討論2.1材料的透氣性能不同材料的透氣率見(jiàn)表1。從表1可知,在同一壓差(100Pa)條件下,針刺靜電棉的流量孔徑最大為6mm,棉布和麻布次之,PP熔噴非織造布最差,棉布和麻布相比,在相同的壓差(100Pa)和流量孔徑(4mm)條件下,麻布的透氣率更高,這4種材料的透氣性能由好到差為:針刺靜電棉(平均透氣率為640.0mm/s)、麻布、棉布和PP熔噴非織造布。本實(shí)驗(yàn)所購(gòu)活性炭布為口罩專(zhuān)用,透氣性能良好,故沒(méi)有進(jìn)行檢測(cè)。2.2過(guò)濾性能測(cè)試結(jié)果不同材料的過(guò)濾效率變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。從圖1(a)可以看出,棉布在測(cè)試之初的過(guò)濾效率較高,但是隨著時(shí)間延長(zhǎng),過(guò)濾效率不斷降低,特別是時(shí)間過(guò)半后過(guò)濾效率急劇下降,在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中,棉布的最高過(guò)濾效率為97.3%,最低過(guò)濾效率為12.21%,平均過(guò)濾效率為85.82%。從圖1(b)可以看出,麻布在測(cè)試之初具有較好的過(guò)濾效率,但是這樣的情況持續(xù)時(shí)間不到10min,過(guò)濾效率開(kāi)始急劇下降,直至為零,麻布的最高過(guò)濾效率為98.6%,平均過(guò)濾效率為56.63%,測(cè)試后期,實(shí)驗(yàn)箱的PM2.5指數(shù)直接爆表,測(cè)試結(jié)束依然沒(méi)有改變,表明測(cè)試后期麻布已經(jīng)完全沒(méi)有過(guò)濾作用,因此麻布不適合作為防霧霾口罩的濾料。從圖1(c)可以看出,PP熔噴非織造布在測(cè)試的前期一直具有較高的過(guò)濾效率,最高可達(dá)99.40%,這與PP熔噴非織造布的透氣性較差具有一定的關(guān)系,在測(cè)試的最后階段,過(guò)濾效率在短時(shí)間內(nèi)急劇下降,最終實(shí)驗(yàn)箱的PM2.5指數(shù)爆表,平均過(guò)濾效率為86.60%,可以得出,PP熔噴非織造布對(duì)PM2.5具有一定的阻隔作用,也證明了PP熔噴非織造布具有優(yōu)良的過(guò)濾性能,PP熔噴非織造布可以作為濾料使用,作為初效過(guò)濾層發(fā)揮其過(guò)濾性能。從圖1(d)可以看出,針刺靜電棉在測(cè)試過(guò)程中一直保持著較高的過(guò)濾效率,最高達(dá)98.60%,但是在測(cè)試過(guò)程中的最后一小段時(shí)間內(nèi),過(guò)濾效率開(kāi)始急劇下降,甚至出現(xiàn)了負(fù)過(guò)濾效率的現(xiàn)象,平均過(guò)濾效率為76.04%。為了進(jìn)一步解釋負(fù)值出現(xiàn)的原因,比較了針刺靜電棉作為過(guò)濾介質(zhì)實(shí)驗(yàn)箱和測(cè)試箱的PM2.5指數(shù)的變化曲線(xiàn)。從圖1(e)可以看出,在測(cè)試過(guò)程前期,實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定,而進(jìn)煙箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)一直是爆表狀態(tài),測(cè)試過(guò)程過(guò)半,進(jìn)煙箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)開(kāi)始下降,而實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)開(kāi)始緩慢增長(zhǎng),直至最后,兩個(gè)空間內(nèi)的PM2.5指數(shù)在170左右浮動(dòng),這說(shuō)明針刺靜電棉在測(cè)試過(guò)程中一直在吸附PM2.5,靜電吸附起到了很大的作用,這也解釋了為何在最后靜電棉的過(guò)濾效率開(kāi)始急劇下降,甚至出現(xiàn)了負(fù)值現(xiàn)象,很大原因是因?yàn)闃悠芬呀?jīng)吸附了超過(guò)負(fù)荷的PM2.5,這一結(jié)果說(shuō)明針刺靜電棉適合作為防霧霾口罩濾料的主要成分,但是也需要有其他材料作為初效過(guò)濾層,以延長(zhǎng)其使用壽命。從圖1(f)可以看出,活性炭布除了測(cè)試初期對(duì)PM2.5有一定的過(guò)濾作用外,在測(cè)試中后期,過(guò)濾效率急劇下降,平均過(guò)濾效率僅50.02%,由此可以看出,活性炭布雖然具有良好的吸附作用,但是并不能長(zhǎng)期吸附PM2.5,這也證明了單純的活性炭布口罩并沒(méi)有防霧霾的作用。本研究,將活性炭布選為濾料可以利用其良好的吸附作用吸附異味,并作為負(fù)載納米Ag抗菌的載體。根據(jù)不同材料的透氣性和過(guò)濾性能,選定PP熔噴非織造布、針刺靜電棉和活性炭布進(jìn)行兩兩組合,測(cè)試其組合作為濾片的過(guò)濾性能。不同材料實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)PM2.5指數(shù)的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖可以看出,各組合測(cè)試時(shí)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)變化情況,針刺靜電棉/活性炭布的組合最佳(見(jiàn)圖中樣品b),在經(jīng)過(guò)25min過(guò)濾條件下,實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)為200μg/m在選定過(guò)濾片材質(zhì)的基礎(chǔ)上,考慮到秋冬季節(jié)流行病毒侵害明顯,所以在所選濾片負(fù)載納米Ag以增加濾片的抗菌特性。其中,活性炭布具有比表面積大的優(yōu)勢(shì),因此選擇活性炭布表面負(fù)載納米Ag顆粒以制得抗菌濾片。以PP熔噴非織造布、針刺靜電棉和活性炭布為濾料制成的濾片的過(guò)濾效率曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。從圖可以看出,本研究制得的3層濾片在測(cè)試過(guò)程中一直保持對(duì)PM2.5較高的過(guò)濾效率,在測(cè)試20min以后才開(kāi)始有下降的趨勢(shì),且下降幅度不大,對(duì)