一种带有过滤插片的口罩及氧化锌量子点插片的制备方法与流程

2025-04-02 14:20:02 64次浏览

本发明涉及防尘技术领域，尤其涉及一种带有过滤插片的口罩及氧化锌量子点插片的制备方法。

背景技术：

2016年关于雾霾天气的调查报告显示我国33个城市发生重度污染，出现前所未有的严重雾霾天气，影响人们的健康、生活和出行。雾霾的主要成分为可吸入颗粒物、二氧化硫及氮氧化物以及这三项，其主要来源于工业生产，燃煤，机动车辆，扬尘等。可吸入颗粒通常粒径为10 um以下，当粒径小于2.5 um时人体的鼻腔和咽喉无法过滤，这些颗粒将通过支气管和肺泡进入到血液循环系统，而损害人体的呼吸系统和心血管系统。二氧化硫被人体吸入呼吸道后，因易溶于水生成的亚硫酸，以至于大部分被阻滞在上呼吸道，而亚硫酸具有刺激性，且部分被氧化成刺激性更强的硫酸。据调查人体每天吸入浓度为100 ppm的二氧化硫，将对肺组织造成伤害，如果二氧化硫进入人体肺部深层，毒性将增加3-4倍。二氧化硫还可被人体吸收进入血液，破坏酶的活性使人体新陈代谢紊乱。此外作为空气中另一种主要污染物，氮氧化物（包括一氧化氮和二氧化氮等）也会刺激人体肺部，降低人们对于呼吸系统疾病的抵抗力及影响儿童的肺部发育。

针对严重的雾霾现象，外出佩戴口罩已成为最常见的防护方式。目前市面上常见的口罩包括棉布口罩、普通脱脂纱布口罩、活性炭口罩、工业用的防尘口罩（KN90、950）等。这些常规的医用和民用口罩一般是通过隔绝细颗粒物的方式净化空气，但空气中的二氧化硫和氮氧化物却不能通过过滤或吸附去除。而且口罩佩戴一段时间后还会滋生细菌，造成二次污染。现有的去除氮氧化物的技术多是在口罩中增加催化剂层，但这种方法多使用贵金属催化剂，造价昂贵且对人体健康有潜在的危害。为应对日益严峻的雾霾天气，研制一款兼顾隔绝颗粒物和去除硫氮、抗菌抑菌的口罩十分必要。

技术实现要素：

本发明为了解决上述的现有技术的缺点，提供一种结构简单、透气性好、能够有效去除二氧化硫、氮氧化物的带有过滤插片的口罩。该带有过滤插片的口罩也具备一定的抗菌性能，可避免口罩因佩戴时间久滋生细菌而造成的二次污染。该口罩的内外两层能够反复清洗和重复使用，承载核心功能的氧化锌量子点插片制备方法简单，并能够替换和循环使用。

本发明是这样实现的：一种带有过滤插片的口罩，包括口罩本体和口罩两端连接的挂耳带，口罩本体分为内外两层，该内外两层通过上下两边缝合形成夹层并且夹层左右两端设置有开口，夹层内设置有双层过滤插片，分别为活性炭纤维层插片和氧化锌量子点插片，其中，活性炭纤维层插片为三层结构，从内到外依次为无纺布、活性炭纤维和无纺布，氧化锌量子点插片为缝合在一起的三层负载有水溶性氧化锌量子点的脱脂棉纱布插片。

所述的口罩本体的上边沿对应鼻梁的位置设置有可塑金属条，口罩本体的下边沿设置有弹性松紧带。

所述的挂耳带上设置有调节环。

一种所述的带有过滤插片的口罩的氧化锌量子点插片的制备方法，包括如下步骤：（1）称取质量分数为99 %，分子量为219.51 g/mol的乙酸锌二水溶于无水乙醇中，在70 ℃-85 ℃温度下回流2 h以制备摩尔浓度为0.167 M 的乙酸锌溶液；（2）制备摩尔浓度为1.75 M 的氢氧化钾乙醇溶液，取重量份为14-17份的0.167 M 的乙酸锌溶液至于冰浴中，逐滴滴加重量份为1-3份的1.75 M 的氢氧化钾溶液，可以观察到溶液由有澄清变成乳白色，持续搅拌20-40 min直至溶液变澄清，随后将反应液取出冰浴；（3）量取3-氨丙基三乙氧基硅烷 ((3-aminopropyl) triethoxysilane, APTES) 溶于去离子水中，配制体积比为33.3 %的APTES水溶液，室温下取重量份为0.1-0.3份的APTES溶液逐滴滴加到步骤（2）中所制备的反应混合液中，可观察到溶液由澄清变浑浊，剧烈搅拌2-4 h，离心沉淀物并用无水乙醇清洗三遍，随后使用鼓风干燥箱对沉淀物进行干燥，最终得到具有水溶性的氧化锌量子点，氧化锌量子点的颗粒尺寸为3-7 nm；（4）称取水溶性的氧化锌量子点溶于水中，配制浓度为0.2-0.6 g/L的氧化锌量子点水溶液，将缝合在一起的三层脱脂棉纱布浸泡在氧化锌水溶液中，5-10 min后取出，自然晾干后即完成了负载有氧化锌量子点的口罩插片的制备；（5）通过使用手拿式365 nm紫外灯照射含有氧化锌量子点的插片，如果该插片黄色荧光较弱甚至消失，表明氧化锌被反应殆尽，此时将插片放置于清水中清洗，然后重复步骤（4）即可实现氧化锌量子点插片的再负载，达到插片循环使用的目的。

本发明中，使用氧化锌量子点作为口罩一个重要插片的构想其具体实施原理为：二氧化硫易溶于水并发生化学反应生成亚硫酸，并且亚硫酸被空气中的氧气进一步氧化成硫酸。氮氧化物如一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、热等变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮，因此自然环境中主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。二氧化氮易溶于水并与水反应生成硝酸和一氧化氮。本发明利用人呼出的水蒸气的加湿作用，使SOx及NOx在湿润的环境下与ZnO反应，形成ZnSO₄、Zn(NO₃)₂等物质，从而阻止酸性气体进入呼吸道。具体主要化学反应方程式如下：

目前纳米氧化锌的抗菌性被广泛的研究，其抗菌机理可分为三种：金属锌离子溶出机理、接触吸附机理和光催化机理共同作用的结果，但主要为金属离子溶出机理和光催化机理。金属离子溶出机理是指带负电的细菌会使带正电的Zn²⁺逐渐溶出，由于库仑力的作用二者在细胞膜表面结合，随后 Zn²⁺穿透细胞膜与细胞内蛋白质反应，使蛋白质变性，从而致使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。而菌体被杀灭后，Zn²⁺游离出来与其它菌落接触，继续发挥抗菌作用。光催化抗菌机理是指当光照射到氧化锌表面时，价带上的电子被激发跃迁到导带，从而在氧化锌表面产生了电子(e^－)-空穴(h⁺)对。电子和空穴对与水或者空气中的氧气作用生成活性氧基团（∙OH, HO₂∙, H₂O₂等），而活性阳基团能够破坏细菌的细胞壁，从而达到杀灭或者抑制细菌生长的目的。光催化机理活性氧基团产生的主要化学反应式如下：

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明承载核心功能的氧化锌量子点插片的制备方法简便、集成性高、可循环使用，具有良好的雾霾防护和保健作用，在不使用贵金属催化剂的条件下，实现了口罩对二氧化硫、氮氧化物等有毒气体的过滤。该带有过滤插片的口罩也具备一定的抗菌性能，可避免口罩因佩戴时间久滋生细菌而造成的二次污染，内外两层能够反复清洗和重复使用。

附图说明

图1为发明的带有过滤插片的口罩的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种带有过滤插片的口罩，包括口罩本体1和口罩两端连接的挂耳带2，口罩本体分为内外两层，该内外两层通过上下两边缝合形成夹层3并且夹层左右两端设置有开口，该夹层3便于过滤插片的固定，而开口便于过滤插片的更换，夹层内设置有双层过滤插片，分别为活性炭纤维层插片4和氧化锌量子点插片5，其中，活性炭纤维层插片为三层结构，从内到外依次为无纺布、活性炭纤维和无纺布，氧化锌量子点插片为缝合在一起的三层负载有水溶性氧化锌量子点6的脱脂棉纱布插片。

所述的口罩本体的上边沿对应鼻梁的位置设置有可塑金属条7，口罩本体的下边沿靠近下巴的部位设置有弹性松紧带8，可以使口罩本体边缘与使用者面部贴合紧密。