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，四川大学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
