王馨珠，孙婉婷，陈晓霞，米宝丽

（辽宁中医药大学，辽宁 大连 116600）

1 研究背景

近年来大众对PM10、PM2.5等名词已经耳熟能详，在中国各大城市一年中雾霾天气已经屡见不鲜，已经影响到了每一个人的生活，严重时甚至导致全城市停课，部分企业停工。这是因为PM10、PM2.5可对人体造成伤害，其中PM2.5会直接进入肺泡和血液循环系统，尤其是亚微米粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起急性鼻炎和急性支气管炎等一系列疾病[1-2]。对于患有支气管哮喘、慢性支气管炎、阻塞性肺气肿和慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸系统疾病的病人，雾霾天气可使病情急性发作或急性加重[3]。疫情防控情况下，绝大部分市民佩戴的为一次性医用口罩，随着新冠病毒的入侵，口罩成为了全民必备产品。放眼望去，满大街戴口罩者以一次性医用防护口罩居多。医用防护口罩面体分为三层，内层一般为无纺布或普通卫生纱布，中层为单层或多层超细聚丙烯纤维熔喷材料层，外层为无纺布层。这种医用防护口罩与佩戴者面部具有良好的贴合性，具有疏水透气性强，对微小带病毒气溶胶或有害微尘的过滤效果显著的特点，但不能有效过滤PM10和PM2.5。市售的能够有效过滤PM10和PM2.5的口罩价格较贵，不适合广大群众在疫情防控常态化下长期佩戴，因此研发一种基于一次性医用口罩有效过滤PM10和PM2.5的口罩显得十分必要。

2 设计思路

PM2.5具有粒径小、比表面积大、吸附性强等特点，且能够长时间、长距离地悬浮于空气中，严重影响空气的质量。颗粒物PM的成分很复杂，具体成分组成主要取决于其来源。其来源主要有自然源和人为源两种，但危害较大的是后者。PM2.5组分分析如图1所示。

图1 PM2.5组分分析

在学术界分为一次气溶胶（Primary Aerosol）和二次气溶胶（Secondary Aerosol）两种[4]。目前公认的防护方法有：①过滤法。如空调、加湿器、空气清新器等过滤可明显降低PM2.5的浓度，但其缺点是需要定期清洗或更换滤膜。②水吸附法。采药超声雾化器、室内水帘、水池、鱼缸等吸收空气中的亲水性PM2.5，但是不能有效去除憎水性PM2.5。③植物吸收法。利用植物叶片具有较大的表面积特点，吸收有害气体和吸附PM2.5。④负离子法。研究证明生态级负离子活性高、迁移距离远，可以主动出击捕捉小粒微尘，并使其凝聚后沉淀，能有效除去空气中小于2.5μm的微尘[5]。当室内空气中的负离子（负氧离子）的浓度达到每立方厘米20 000个时，空气中的飘尘量会减少98%以上。在含有高浓度小粒径负离子（负氧离子）的空气中，PM2.5中危害最大的直径在1μm以下的微尘、细菌、病毒等几乎为零。

中药资源丰富，药食两用中药更是受到喜爱，其中多种可食用中药化学成分中含有多种酚酸类物质或黄酮类物质，其提取液可以带有一定的负电荷，我们推测这些负离子可以捕捉空气中的微尘，达到降低PM2.5的目的。基于此，设计将中药提取液吸附于无纺布上，晾干后用于制备一次性口罩的最外层材料，采用一次性医用口罩制备技术制备出具有防雾霾作用的中药负离子防雾霾口罩。该口罩设计专业、价格低廉、无污染、适用范围广，能够提高普通医用口罩防雾霾效果，具有广阔的应用前景。

3 试验方法与结果

3.1 实验材料和仪器

多层超细聚丙烯纤维熔喷非织造布（100 g/m2）、无纺布购于九江昊瑞工贸有限公司；山楂、沙棘、乌梅、马齿苋、酸枣仁购于大连市成大方圆药店。

3.2 样品制备

分别取山楂、沙棘、乌梅、马齿苋、酸枣仁各10 g，加入100 mL水回流提取1 h，制备成0.1 g/mL溶液，将无纺布完全浸润其中2 h，取出自然晾干，测试其对PM2.5的透过率。

3.3 过滤率测定

在自制测试箱中进行过滤性能检测，测试箱为由透明亚克力板制成尺寸为80 cm×40 cm×40 cm的长方体。测试箱中央是一块带有圆孔（直径为30 cm）的抽拉式隔板，隔板左侧是实验箱，右侧是进烟箱。测试时，将被测材料圆孔处贴上，进烟箱和实验箱放置2个完全相同的空气检测仪（嘉柏兰JBL-B600），在进烟箱放入点燃的香烟，并开风扇鼓吹。通过观察记录2个空气检测仪的PM2.5指数来比较探讨各药材提取物的过滤性能，测试其动态过滤性能时，每隔30 s记录一次空气检测仪的示数。

3.4 实验结果

如表1所示，对五种药材制备的无纺布对PM2.5过滤率进行测定，发现无纺布几乎没有过滤性能，酸枣仁浸润的无纺布也没有过滤效果，而其他四味药材均有不同程度的过滤性能，但是所有材料过滤性能均随着时间推移而下降，所有材料中沙棘的抑制效果最佳，因此选择沙棘水提液作为研究对象，制备了沙棘液无纺布层。同时在沙棘水提液中加入防腐剂山梨酸，制备成随身携带的防雾霾喷剂。

表1 不同药材提取液无纺布对PM2.5过滤效果（单位：%）

4 沙棘负离子一次性医用口罩制备及其对PM2.5过滤性测试

按照一次性一用口罩制备方法，外层为沙棘液无纺布层，中间为多层超细聚丙烯纤维熔喷非织造布，内层为活性炭片。

采用动态方法[4]模拟人们真实环境下佩戴口罩的防护效果。将制备好的口罩佩戴至成年女性头模，边缘不作密封处理。将实验装置置于约10 m2的房间，分别于口罩前端及密闭腔内放置两台型号相同的空气检测仪（嘉柏兰JBL-B600），测试滤后空气颗粒物浓度。点燃香烟作为颗粒物烟雾的发生源，至房间内PM2.5浓度达到300～400μg/m3时熄灭香烟，每30 s记录1次数据，待室内颗粒物浓度恢复为初始值时，停止测试。每个口罩测试时间1 h。在测试范围内，普通活性炭医用口罩对PM2.5的过滤率为40%～70%范围内，沙棘液无纺布口罩过滤率则提高至60%～90%，而且高抑制率持续时间长。同时在测试0.5 h时，于口罩外层无纺布喷沙棘液后再测试，其过滤率可重新提高至85%范围内。

5 结论

制备了一种沙棘负离子防雾霾口罩，该口罩价格适宜，防雾霾功能好，且可通过随身携带的防雾霾沙棘液间隔0.5 h喷至口罩表层不断保持防雾霾效果，达到物美价廉高效的期待，有望投入设计生产中，产生较好的社会效益。