科学家工程师breath-to-charge静电延长空气过滤口罩

静电吸附是一个重要的补充机械过滤高效空气过滤口罩的使用。然而,随着时间的推移过滤器衰变的静电电荷,特别是在潮湿的环境。

研究小组在香港城市大学(城大)成功地策划了breath-to-charge静电面罩,可以通过用户的“自电荷”呼吸,不断补充静电电荷作为用户穿着和呼吸面具。这大大增加了过滤性能的长期使用面具长达60个小时,而传统的四个小时手术口罩。这也有利于环境。

面具是一个容易,成本效益的方法防止COVID-19和其它空气传播疾病。大多数口罩有三个功能层:核心melt-blown聚丙烯(PP)层的过滤介质和两个spun-bonding非织造织物(通常聚丙烯或聚乙烯(PE))作为支撑层,包括一层亲水,向内,从呼吸和疏水性层吸收水分,向外穿,击退液体。

解决静电吸附效果下降的问题

电纺的提供更好的机械过滤比melt-blown技术广泛应用于工业。但机械过滤并不能提供足够的保护。一个解决方案是引入一个电场给过滤介质静电电荷,促进超细粒子捕获。然而,静电吸附效果下降随着时间的推移,特别是在潮湿的环境中水分时呼出的呼吸。

“尽管许多报道工作补充收费持久的静电吸附效果,通常需要额外的电源,这是麻烦和不便,”杨Zhengbao博士解释说,在机械工程系副教授,材料科学与工程学系使用证,谁领导了这项研究。“我们已经开发出一种高效,耐用,低成本的空气过滤器,可以不断补充静电电荷自充电的方式。”

研究小组介绍耗油量的空气过滤器(SAF),利用摩擦电效应,达到高效、长期空气粒子去除。通过夹层实际上电纺聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米纤维过滤介质在两摩擦电尼龙织物层,SAF不断产生静电电荷呼吸兴奋不已。因此,SAF提供持久的粒子去除性能,维护效率高95.8%的60小时后的测试(包括30小时的穿着)。

”作为中间层之间来回移动横向层与呼吸,发生电荷转移PVDF和尼龙之间由于大量的电子亲和能的差异,导致了PVDF层带负电荷和尼龙层带正电,“杨博士解释说。“这自充电的过程使静电电荷和长时间的连续补给静电吸附”。

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自充电的由用户驱动的呼吸

SAF的原材料成本做一个面具是低至0.47港元,成为最具成本效益的选择中常用的面具,如手术、N95, KF94 KN95面具。

研究结果发表在自然通讯。

这种承诺自充电的战略,利用摩擦电效应为一个新的路径发展的高效、寿命长的空气过滤技术。

“口罩是建议改变每四小时在高风险的环境中,但大量的废弃口罩会导致严重的环境挑战,”杨博士说。“我们预计这种自充电的策略可以显著地延长口罩的使用寿命,提高对冠状病毒的保护效果,并减少环境负担造成的废弃口罩。”

研究还建立了过滤效率和表面静电势之间的定量关系,为标准化是很重要的,高效的工业生产。