空氣污染是近年來(lái)人類(lèi)所面臨的重大危害之一。根據(jù)對(duì)2017年全球疾病負(fù)擔(dān)研究的分析，空氣中的顆粒物污染(PM)已經(jīng)成為導(dǎo)致我國(guó)死亡和壽命縮減的四大危險(xiǎn)因素之一。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)直徑分類(lèi)，PM污染可以被分為PM10（顆粒直徑＜10 μm）、PM2.5（顆粒直徑＜2.5 μm）以及納米級(jí)別的顆粒污染物（NP，空氣動(dòng)力學(xué)直徑＜1 μm）。其中，目前市面上常見(jiàn)的PM2.5口罩防護(hù)設(shè)備已經(jīng)做到了對(duì)PM2.5級(jí)別污染物的理想防護(hù)。然而值得注意的是，對(duì)于具有更小動(dòng)力學(xué)直徑的NP，它們具有更大的防護(hù)難度。與此同時(shí)，NP由于粒徑小，在空氣中更易形成氣溶膠，并長(zhǎng)期懸浮在空氣當(dāng)中。此外，NP能輕易進(jìn)入并損失人體呼吸道、皮膚、大腦、肺和免疫系統(tǒng)，甚至造成DNA損傷。因此，對(duì)于NP防護(hù)設(shè)備的研究具有重要意義。
基于此，四川大學(xué)陶國(guó)宏、何玲團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種能高效去除常規(guī)PM污染以及更小粒徑的NP污染的自供能空氣過(guò)濾設(shè)備。通過(guò)對(duì)設(shè)備供給人體安全范圍內(nèi)的低電壓，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒污染的高效吸附。
該團(tuán)隊(duì)結(jié)合了擁有良好電化學(xué)特性的功能材料——離子液體1-甲基-3-丁基咪唑鎓乙酸鹽([C4mim][OAc])以及具有良好可塑性的高分子，制備了可無(wú)規(guī)則分布在多孔泡沫骨架上的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料(ILP)。這種巧妙的設(shè)計(jì)既實(shí)現(xiàn)了材料與污染物的充分接觸，又降低了過(guò)濾設(shè)備前后的壓降。最終通過(guò)添加3 V的安全電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PM2.5、PM10以及NP的高效去除，效率達(dá)99.59%、99.75%以及93.77%。
為實(shí)現(xiàn)材料的實(shí)際應(yīng)用，研究人員嘗試將搭載ILP材料的過(guò)濾設(shè)備安裝到口罩上，結(jié)合紐扣鋰電池或者是太陽(yáng)能電池板，制備了一種新型自供能過(guò)濾面罩。在無(wú)需外部電源情況下，制備了便攜式的高效頭戴式空氣過(guò)濾設(shè)備。通過(guò)研究表明，該設(shè)備具有一個(gè)良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，與商用口罩對(duì)比，具有更好的顆粒去除效果。
這一成果近期發(fā)表在Nature Communications上，文章第一作者是碩士研究生張國(guó)浩，通訊作者陶國(guó)宏教授、何玲副教授。
