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生物可降解口罩有助于遏制塑料垃圾的增加

通过|2021年2月15日

由可堆肥和丰富材料制成的防潮口罩过滤器有助于遏制疫情导致的塑料污染。

图片来源:DimStock Pixabay

大流行一年后,人们已充分认识到,SARS-CoV-2病毒的传播是通过空气飞沫或小气溶胶颗粒发生的。因此,世界上许多国家的政府都强制要求保持社交距离和在公共场所佩戴口罩。

虽然他们是充足的证据证明这些行动是有效的为了阻止COVID-19的传播,戴口罩正在制造一个次要问题: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生物化学研究中心的黄成妍教授说:“我们相信生物可降解口罩是解决这个问题的答案。”“被污染的塑料口罩很难回收,必须焚烧或送往垃圾填埋场。”

医用级口罩传统上是用聚丙烯塑料制成的,但黄教授和他的同事——Oh Dongyeop教授和Jeyoung Park教授——提出了具有增强性能的替代材料,用于制造可生物降解的过滤器,以抑制塑料垃圾。

在最近发表于先进的科学研究人员报告了一种由聚丁二酸丁二酯(PBS)——一种可生物降解的塑料树脂——制成的可生物降解且防潮的口罩过滤器,其表面包有壳聚糖纳米须。

该团队将这种过滤材料归类为一种“无纺布”织物,这种织物是由缠绕在一起的纤维或长丝组成的片状或网状结构。“大多数过滤器基本上都是由非织造布制成的,因为它们的纤维之间含有小孔,空气中的颗粒可以被捕获,”欧说。

为了制作过滤器,Oh解释说,一种含有溶解的PBS的溶液被缓慢地通过针头,针头的尖端在施加电场的影响下。“这种棉花糖状的超细纤维,直径有几微米,在电场的作用下从注射器顶端掉落到地板上,”欧说。“随着时间的推移,积累的纤维形成一层薄膜,这就是无纺布,”他说。

这一初步过滤器本身对小颗粒(如SARS-CoV-2气溶胶)的性能不佳,然后用壳聚糖纳米晶须(甲壳类动物的外壳制成的带正电的微纤维)的涂层增强。通过将过滤器浸泡在纳米晶须的溶液中,生物可降解的过滤器就会被永久覆盖,并由于纳米晶须的正电荷而增强了捕获微小颗粒的能力。

“目前的聚丙烯过滤器都带有静电,以改善过滤性能,”Hwang说。但缺点是它在潮湿的环境中会失去静电荷。因此,过滤器不能重复使用。另一方面,壳聚糖纳米晶须具有永久性的正电荷,因此即使在潮湿的条件下也能吸附细小颗粒。这意味着我们的口罩过滤器(一旦消毒)可以重复使用。”

“预防感染与口罩过滤器的性能成正比,”Park补充说。“布口罩在阻隔水滴方面效果不佳,而N95等高性能口罩会因潮湿而逐渐减弱。我们的可重复使用的口罩过滤器即使浸泡在水中也能保持其性能,并且长时间保持高性能。”

该团队的实验表明,生物可降解过滤器的效率与N95过滤器一样,测试中可去除2.5µm (PM2.5)颗粒的98.3%,并在堆肥土壤中4周内分解。

所开发的过滤器的生物降解性

研究人员通过一种被称为静电纺丝的过程制造出了这种可生物降解的过滤器,这种技术已经在工业上得到广泛应用,他们希望这种技术能够促进其商业化。

“任何过滤器制造商都可以购买生物可降解塑料,比如PBS,然后制造无纺布过滤器,”Hwang补充说。“我们认为,这项技术将很容易实现工业规模,并将具有非常大的影响力。”

参考:Sejin Choi等人,生物可降解,高效,可呼吸的多用途口罩过滤器,《高级科学》(2021年)。DOI: 10.1002 / advs.202003155