​北京理工大学王博团队制备出高效综合空气过滤器,可灭空气中99.99%的细菌

  • 时间:
  • 浏览:1
  • 来源:10分赛车平台-10分赛车网投平台_10分赛车投注平台

近日,北京理工大学王博教授和马小杰助理教授团队在空气综合层流手术室 方面取得新的研究进展,相关成果以《Metal-organic frameworks with photocatalytic bactericidal activity for integrated air cleaning》为题发表在综合类顶级国际期刊《Nature Communications》上。

空气层流手术室 器是针对雾霾天气最常用的空气清新设备。目前市场上的空气层流手术室 装置大多数全部就有依赖具有一定致密性和深度图的纤维网状滤芯,哪几种过滤器展现出优异的PM的捕获速率单位单位 ,但不到实现对有害微生物的杀灭作用。随着细菌、真菌、病毒等在过滤膜上不断繁殖滋生,过滤器的使用寿命会大大降低,还不可外理地给室内空气带来二次污染。

传统的空气消毒技术,包括化学消毒剂和紫外线照射杀菌,地处能耗较高、细菌易产生耐药性或引发臭氧污染等缺点。非均相光催化因其须要产生活性氧(ROS)来抑制有害微生物生长而成为有三种新兴的绿色环保杀菌土措施。然而,在高空气流速、PM和VOC等一些污染物共存的情况报告下,其杀菌速率单位单位 也是很有限的。随后开发有三种既能滤除PM颗粒又能杀菌的绿色环保综合式空气层流手术室 材料就显得尤为重要。

该研究团队结合前期的研究工作制备了一系列具有光催化活性的MOFs,筛选了具有超高光催化杀菌活性的ZIF-8,实现对水体中大肠杆菌的高效杀灭,杀菌率大于99.9999%。随后利用热压法设计合成了新型的高效综合空气过滤器(MOFilter),PM微粒捕获速率单位单位 能达到98%以上,一起去须要杀灭空气中99.99%的细菌。机理研究发现,ZIF-8在太阳光催化作用下光生电子产生于LMCT,随后须要有效的活化O2形成?O2–和H2O2,其须要使空气中的致病细菌氧化致死。

图1用于空气综合层流手术室 和当时人防护的示意图

作者首先对比了一系列具有光催化活性的MOFs,实验结果表明,ZIF-8在模拟太阳光照射2 h后后,其对大肠杆菌的杀灭速率单位单位 大于99.9999%。通过ICP-MS和光催化杀菌实验验证了ZIF-8优异的杀菌性能主要来自于光催化产生的活性氧自由基,而全部就有释放的Zn2+的杀菌作用。一起去与传统光催化杀菌半导体做了对比,ZIF-8光催化杀菌效果和速率单位单位 都高于ZnO和TiO2。

图2 ZIF-8光催化杀菌性质

在光催化杀菌机理方面,通过UV-vis,M-S和VB-XPS取舍了材料的能带形态,从理论上预测了须要产生?O2–,但不到产生?OH。而在实验过程中当让我门 也通过一些常规的表征手段,比如EPR、紫外吸收、荧光光谱等土措施检测了材料在光照条件下产生的自由基,其结果与理论预测一致。自由基的捕获实验证明光催化过程中产生的?O2–和H2O2起了主要的杀菌作用。通过测试材料在77k下不同气氛条件下的甲烷气体 EPR证明了光生电子是由配体转移到金属(LMCT),随后活化空气中的氧生成?O2–以及相关的H2O2。

图3 ZIF-8的能带形态和光催化杀菌机制

为了让模拟真实的使用环境,作者合成了基于ZIF-8的MOFilter(单载量约为0.15 mg cm-2),且能实现大面积制备。并用于滤除PM颗粒和光催化杀菌。实验结果表明,MOFilter对PM滤除率高达98%。一起去经模拟太阳光照射50 min,MOFilter的空气杀菌率大于99.99%。把使用过的MOFilter随机剪裁出5片,并用甲烷气体 培养基培养20 h,没法观察到细菌的恢复生长,这进一步说明MOFilter真正实现了光催化杀菌。更重要的是,在细菌初始浓度为105 CFU mL-1的条件下,该MOFilter连续使用5次,其杀菌率均须要保持在99%以上,这也为该材料实现商品化奠定了基础。

图4 MOFilter的表征及空气综合层流手术室 性质

为了实现当时人防护功能,作者开发了一款基于MOFilter的当时人防护用品(MOFilter口罩)。通过喷洒微生物气溶胶模拟真实使用场景,随后分别检测MOFilter口罩三层的细菌存活率,光照50min,MOFilter口罩三层均没法细菌存活。一起去和商用的N95口罩做了对比,相同条件下,商用口罩残留几滴 的活菌。在此实验结果基础之上,作者也将ZIF-8热压在真丝布上,用于加工制备自层流手术室 衣物。这项研究成果在当时人防护方面具有极高的应用前景。

图5 MOFilter口罩的当时人防护性质

该研究工作为多孔光催化抗菌材料的开发提供了借鉴,也为哪几种材料在空气综合层流手术室 方面的应用打开了大门。