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可生物降解的口罩可以帮助遏制塑料废物的增加

现在众所周知,SARS-CoV-2病毒的传播是通过空气中的飞沫或小的气溶胶颗粒进行的,世界上许多国家的政府已强制要求在公共场所进行社会疏散和戴口罩。


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尽管他们有充分的证据支持这些行动可以有效地阻止COVID-19的传播,但戴口罩却造成了第二个问题:大量的塑料污染,这已经是我们社会面临的最大环境问题之一。


韩国化学技术研究院(KRICT)生物基化学研究中心教授Sung Yeon Hwang说:“我们相信可生物降解的口罩是解决此问题的方法。” “被污染的塑料口罩很难回收利用,必须焚化或送到垃圾填埋场。”


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医用级口罩通常使用聚丙烯塑料制成,但是Hwang和他的同事-Dongyeop Oh教授和Jeyoung Park教授-建议使用具有增强性能的替代材料来制造可生物降解的过滤器,以遏制塑料废物。

 

在最近发表在《高级科学》上的一项研究中,研究人员报告了一种可生物降解的防潮口罩过滤器,该过滤器由聚丁二酸丁二酯(PBS)(一种可生物降解的塑料树脂)制成,并涂有壳聚糖纳米晶须。

 

该团队将过滤材料归类为“非织造”织物,该材料是通过缠结纤维或细丝而粘合在一起的片状或网状结构。“大多数过滤器基本上都是由非织造织物制成的,因为它们在纤维之间包含细小的孔,空气中的颗粒会被捕获,” Oh说。

 

为了制作过滤器,Oh解释说,将含有溶解的PBS的溶液缓慢通过注射器针头,注射器针头的尖端会受到施加的电场的影响。哦,他补充说:“直径为几微米的棉花糖状超细纤维从注射器的尖端落到地板上,直径为几微米。”他说:“随着时间的流逝,累积的纤维会形成一层薄膜,这就是无纺布。”


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这种初步过滤器本身对小颗粒(如SARS-CoV-2气溶胶)的性能不足,然后用壳聚糖纳米晶须涂层(由甲壳类动物的壳制成的带正电荷的微纤维)进行增强。通过将过滤器浸泡在纳米晶须的溶液中,可生物降解的过滤器将被永久性涂覆,并且由于纳米晶须的正电荷而具有捕获细小颗粒的能力。


Hwang说:“当前的聚丙烯过滤器中充有静电,以提高过滤器性能。” “但是,缺点是,它在潮湿的环境中(即佩戴者呼吸时)会失去静电荷,因此过滤器无法重复使用。另一方面,壳聚糖纳米晶须带永久性正电荷,因此即使在潮湿条件下也能吸附细颗粒。这意味着我们的口罩过滤器可重复使用[一旦消毒]。”


Park补充说:“预防感染与面罩过滤器的性能成正比。” “在阻挡小滴时,防毒面罩很差,而诸如N95之类的高性能口罩会因水分而逐渐变弱。我们的可重复使用的面膜过滤器即使浸入水中也能保持其性能,并能长期保持高性能。”


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集成过滤器具有卓越的特性,例如低压降,高效和永久充气。比较单层和集成式过滤器的a)压降,b)PM去除效率和c)质量因数。d)根据廷德尔光散射(电影S2,支持信息)证明,成功阻止了卷烟中的PM。e)SEM图像显示了集成过滤器的物理和静电PM捕获能力。f)暴露在湿气中后,商用N95和集成过滤器的效率下降。

 

研究小组的实验表明,可生物降解的过滤器与N95过滤器一样有效,在测试中去除了98.3%的2.5 µm(PM2.5)颗粒,并在堆肥土壤中分解了4周。


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开发的过滤器的生物降解性。 a)CsW包被的PBS过滤器随时间变化的酶降解图像以及相应的重量损失随时间的变化(酶:嗜热单胞菌的脂肪酶;电影S3,支持信息)。 b)图像显示了堆肥土壤中CsW包被的PBS过滤器随时间的降解。

 

研究人员通过称为静电纺丝的工艺制造了可生物降解的过滤器,这是一种已经在工业中广泛使用的技术,他们希望这将有助于其商业应用。

 

Hwang补充说:“任何过滤器制造商都可以购买PBS等可生物降解的塑料,并制造非织造过滤器。” “我们认为这项技术将很容易在工业规模上实施,并且将非常有影响力。”


文章来源:ADVANCED SCIENCE,艾邦团队译


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