空气污染是近年来人类所面临的重大危害之一。根据对2017年全球疾病负担研究的分析，空气中的颗粒物污染(PM)已经成为导致我国死亡和寿命缩减的四大危险因素之一。根据空气动力学直径分类，PM污染可以被分为PM10（颗粒直径＜10 μm）、PM2.5（颗粒直径＜2.5 μm）以及纳米级别的颗粒污染物（NP，空气动力学直径＜1 μm）。其中，目前市面上常见的PM2.5口罩防护设备已经做到了对PM2.5级别污染物的理想防护。然而值得注意的是，对于具有更小动力学直径的NP，它们具有更大的防护难度。与此同时，NP由于粒径小，在空气中更易形成气溶胶，并长期悬浮在空气当中。此外，NP能轻易进入并损失人体呼吸道、皮肤、大脑、肺和免疫系统，甚至造成DNA损伤。因此，对于NP防护设备的研究具有重要意义。
图1. 过滤设备制备示意图
基于此，澳门新莆京游戏大厅陶国宏何玲团队设计并制备了一种能高效去除常规PM污染以及更小粒径的NP污染的自供能空气过滤设备。通过对设备供给人体安全范围内的低电压，即可实现对颗粒污染的高效吸附。
图2. ILP材料对PM污染物的吸附装置及效率
该团队结合了拥有良好电化学特性的功能材料——离子液体1-甲基-3-丁基咪唑鎓乙酸盐([C4mim][OAc])以及具有良好可塑性的高分子，制备了可无规则分布在多孔泡沫骨架上的导电高分子复合材料(ILP)。这种巧妙的设计既实现了材料与污染物的充分接触，又降低了过滤设备前后的压降。最终通过添加3 V的安全电压，实现了对PM2.5、PM10以及NP的高效去除，效率达99.59%、99.75%以及93.77%。
图3. 自供能便携式口罩及其过滤效果
为实现材料的实际应用，研究人员尝试将搭载ILP材料的过滤设备安装到口罩上，结合纽扣锂电池或者是太阳能电池板，制备了一种新型自供能过滤面罩。在无需外部电源情况下，制备了便携式的高效头戴式空气过滤设备。通过研究表明，该设备具有一个良好的长期稳定性，与商用口罩对比，具有更好的颗粒去除效果。
这一成果近期发表在Nature Communications上，文章第一作者是硕士研究生张国浩，通讯作者陶国宏教授、何玲副教授。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15502-7
