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科學(xué)防疫口罩荷電再生技術(shù)研究取得初步成效

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-02-21 10:13:03    瀏覽次數(shù):81
導(dǎo)讀

中國(guó)工程院院士、Engineering執(zhí)行主編陳建峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),面向應(yīng)急時(shí)期口罩重復(fù)使用的問(wèn)題,開展“口罩荷電再生技術(shù)研究”并取得初步成效。僅靠普通家用電吹風(fēng)機(jī)、電風(fēng)扇、電子點(diǎn)火器就能讓“失效”的

中國(guó)工程院院士、Engineering執(zhí)行主編陳建峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),面向應(yīng)急時(shí)期口罩重復(fù)使用的問(wèn)題,開展“口罩荷電再生技術(shù)研究”并取得初步成效。僅靠普通家用電吹風(fēng)機(jī)、電風(fēng)扇、電子點(diǎn)火器就能讓“失效”的口罩“浴電重生”,這究竟是怎么一回事呢?神奇的靜電吸附層

接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí),該研究技術(shù)負(fù)責(zé)人北京化工大學(xué)教授王丹正在家繼續(xù)著口罩的重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)。

王丹介紹:“整體看來(lái),口罩過(guò)濾的原理主要是利用靜電吸附以及纖維排列后對(duì)超細(xì)顆粒和飛沫的阻隔,口罩中間的荷電層對(duì)于攜帶病毒細(xì)菌等的微粒或飛沫起到重要防護(hù)作用。”

以醫(yī)用外科口罩(普通3層平面無(wú)紡布口罩)為例,結(jié)構(gòu)包括外層無(wú)紡布,防止液體飛濺及大顆粒物;中層靜電熔噴無(wú)紡布,即荷電層,利用靜電吸附作用有效阻隔微小顆粒,特別是攜帶納米級(jí)病毒的微粒或飛沫,實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒等微粒的有效阻隔;內(nèi)層無(wú)紡布,用于阻隔呼出的水汽。

為什么口罩用了一段時(shí)間就得廢棄?主要原因就在于口罩中層靜電過(guò)濾作用的失效。

原來(lái),日常生活場(chǎng)景不同于醫(yī)院的手術(shù)室、病房,接觸到體液直接噴濺的情況比較少,除去由此直接帶來(lái)口罩的臟污之外,細(xì)菌病毒在靜電層的沉積、哈氣(水汽)對(duì)于荷電層靜電的消除都會(huì)損傷其過(guò)濾效果。這就可以解釋為何口罩佩戴一段時(shí)間后就會(huì)失效。

王丹形象地比喻道:“在干燥的環(huán)境下,很多人穿的毛衣都會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象,靜電是很容易在這樣一些纖維材質(zhì)的東西上面積累的。但是假如毛衣沾水,等同于口罩沾上了口中呼出的水汽,靜電就會(huì)消失。”

消耗完所有的靜電,也就等于透支了這只口罩的重要潛力。

陳建峰說(shuō):“應(yīng)急之下若想重復(fù)使用口罩需要重點(diǎn)考慮兩點(diǎn):一是如何殺死或者去除沉積到口罩上的細(xì)菌病毒;二是如何為中間靜電層補(bǔ)充靜電。”

王丹說(shuō):“口罩可重復(fù)使用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題就是如何在不破壞口罩材料及微觀結(jié)構(gòu)的情況下,重新將外界電荷轉(zhuǎn)移至中層無(wú)紡布。”

家用電器給口罩“充電”

日常生活中靜電無(wú)處不在,想要在家用條件下就能應(yīng)急重復(fù)使用口罩,研究人員提出了采用便攜式靜電發(fā)生器對(duì)普通一次性醫(yī)用平面無(wú)紡布口罩進(jìn)行二次荷電處理,使其再生靜電效應(yīng)以達(dá)到可重復(fù)使用的技術(shù)方案。

王丹解釋其原理:“通俗來(lái)說(shuō),吹風(fēng)機(jī)吹頭發(fā),頭發(fā)會(huì)很蓬松就是一種靜電現(xiàn)象。那么吹風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)空氣熱運(yùn)動(dòng),理論上也可以累積靜電到口罩中間層為口罩‘充電’。”

首先,研究人員將使用后的一次性醫(yī)用無(wú)紡布口罩置于熱水中做消毒殺菌清潔處理,隨后采用電吹風(fēng)機(jī)、電風(fēng)扇、電子點(diǎn)火器等對(duì)“失效”的口罩進(jìn)行吹干荷電處理,證實(shí)口罩可重新荷電而再生靜電效應(yīng)。

基于此,研究人員提出應(yīng)急時(shí)期一次性醫(yī)用無(wú)紡布口罩荷電再生導(dǎo)則,具體步驟如下:

1.將用過(guò)的一次性醫(yī)用無(wú)紡布口罩置于大于56 ℃熱水中浸泡30分鐘(參考《新型冠狀病毒肺炎防控方案(第四版)》56 ℃ 30分鐘可有效滅活病毒),通常沸水與室溫水(按20 ℃算)1:1混合后約為60度,為提高滅毒殺菌效果,可適當(dāng)提高沸水比例;

2.將口罩從水中取出,甩掉表面液滴,平放在干燥的絕緣材質(zhì)表面(如桌布、床單等),用電吹風(fēng)機(jī)吹烘約10分鐘吹干并荷電,或用普通電風(fēng)扇吹口罩約15分鐘,或用普通家用電子點(diǎn)火器對(duì)口罩進(jìn)行全面覆蓋的“電擊”,通過(guò)口罩內(nèi)部纖維的摩擦或外部放電等,使口罩材料重新荷電;

3.在絕緣桌面上灑一些碎紙屑,將荷電后的口罩平放并使外層接近碎紙屑,距離約1毫米但并未接觸時(shí),可觀察到口罩對(duì)碎紙屑的靜電吸附現(xiàn)象,認(rèn)為口罩荷電成功,可以再使用;如靜電吸附現(xiàn)象不明顯,則延長(zhǎng)電吹風(fēng)吹烘口罩的時(shí)間,再次通過(guò)“紙屑吸附”檢驗(yàn)荷電情況,至荷電成功,可以再使用。

為進(jìn)一步驗(yàn)證采用家用器件使口罩重新荷電的可行性,研究人員向記者展示了用普通家用打火機(jī)拆下的點(diǎn)火器作為靜電發(fā)生器,在口罩特定部位進(jìn)行“電擊”(范圍1cm × 1cm,約10秒)。結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn),“充電”后的口罩,可以吸附小紙屑,荷電效果顯著。

口罩佩戴過(guò)程荷電量檢測(cè)

研究人員對(duì)單位提供的口罩進(jìn)行了荷電量的定量測(cè)試。

室內(nèi)佩戴口罩15分鐘(安靜狀態(tài)),基于測(cè)量數(shù)據(jù),及實(shí)際中口罩佩戴的體會(huì),概述如下(見下圖):

(1) 口罩內(nèi)層上側(cè)(a),荷電量明顯下降,分析是由于口罩在鼻梁處鼻子夾得緊,皮膚接觸處容易出汗,導(dǎo)致荷電量下降;口罩外側(cè)上側(cè)(a'),荷電量有輕微下降,可認(rèn)為是鼻梁處水汽較多所致。

(2) 口罩內(nèi)層左右兩側(cè)(b,d)荷電量也有所下降,分析也是由于皮膚接觸所致;口罩外層左右兩側(cè)(b',d'),荷電量有些微變化,不是特別明顯。

(3)發(fā)現(xiàn)口罩內(nèi)外層的中間(e,e')及下側(cè)(c,c'),電量有顯著增加,分析是由于呼吸作用,導(dǎo)致口罩纖維等摩擦產(chǎn)生靜電(類似于吹風(fēng)機(jī)或電風(fēng)扇的作用)。實(shí)際佩戴口罩可以知道,中間部分與皮膚并不會(huì)直接接觸,佩戴者說(shuō)話時(shí),口罩下側(cè)摩擦運(yùn)動(dòng)較明顯,且氣流容易通過(guò)口罩下側(cè)縫隙漏出。室內(nèi)安靜狀態(tài)下佩戴15分鐘,呼吸比較均勻、少量水汽對(duì)靜電層的破壞并不顯著,相反,空氣流動(dòng)及摩擦反而使電荷密度有一定增加。可類比穿著毛衣時(shí),積累靜電的過(guò)程。

將上述口罩繼續(xù)佩戴,但佩戴過(guò)程中在室內(nèi)進(jìn)行一定程度運(yùn)動(dòng)(仰臥起坐)達(dá)到出汗效果,15分鐘后摘下口罩可以發(fā)現(xiàn),口罩內(nèi)層有細(xì)水珠,外層也不是特別干爽,此時(shí)測(cè)量電荷:內(nèi)層所有部位,電荷都接近于0,外層電荷也有顯著下降。特別是,外層上側(cè)鼻梁處,由于運(yùn)動(dòng)中摩擦較少,出汗較多,荷電量下降尤為顯著。

將該口罩放置1小時(shí)晾干,重新測(cè)量荷電量,與此前佩戴15分鐘(保持運(yùn)動(dòng))后剛摘下的口罩荷電量檢測(cè)結(jié)果接近,與新口罩相比,荷電量顯著下降。

適用于較低風(fēng)險(xiǎn)暴露人員

不過(guò),這種人工“充電”的口罩是否可以達(dá)到和出廠口罩同樣的防護(hù)效果?

面對(duì)記者的疑問(wèn),浙江藍(lán)禾醫(yī)療用品有限公司總經(jīng)理曹軍解釋,用于口罩的熔噴布在生產(chǎn)過(guò)程中,多采用靜電駐極技術(shù),其荷電量較大。“從物理本質(zhì)上,兩次‘荷電’是同一回事,但電荷密度或有所不同。”

德國(guó)鼎衛(wèi)科技有限公司研究人員丁浩旻博士告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,目前試驗(yàn)測(cè)試表明該技術(shù)方案對(duì)水洗后的口罩進(jìn)行二次荷電處理,可恢復(fù)其大部分的原有帶電量,保持良好的靜電攔截微粒能力。

“這是為解決非常時(shí)期口罩再生重復(fù)使用問(wèn)題,提供的一種簡(jiǎn)便易行的方法思路,目前僅針對(duì)普通一次性醫(yī)用平面防護(hù)口罩的重復(fù)使用。”王丹說(shuō)。

研究人員特別強(qiáng)調(diào),再生口罩作為非常時(shí)期應(yīng)急之用,適用于較低風(fēng)險(xiǎn)暴露人員重復(fù)使用。不推薦用于密切接觸患者的人群、醫(yī)護(hù)人員及實(shí)驗(yàn)室工作人員。

(原題為《科學(xué)防疫丨口罩荷電再生技術(shù)研究》)

 
關(guān)鍵詞: 口罩 靜電 電量 佩戴 無(wú)紡布
(文/小編)
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