CN108212092A - 滤除细菌的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于滤除细菌的球形滤料，还涉及使用该球形滤料构成的口鼻罩。包括以下步骤：a）高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉均匀混合，得到混合物，所述高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉的重量比为250‑360：110‑240：290‑400：90‑200；b）将步骤a）所得的混合原料在加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。本发明在上述原料的协同作用下，配合特定的造球工艺，使球形滤料的吸附面积和成型强度达到最优，制备得到的球形滤料对空气中的细菌去除率高。使用该球形滤料的口鼻罩，过滤效果出色，且透气性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，为一种用于滤除细菌的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩。
背景技术
近年来大气污染越来越受到人们的关注，目前国内对大气污染关注的重点是理化因素，而大气中微生物污染并没有得到应有的重视。微生物可以通过空气进行扩散，空气中的微生物包括真菌、细菌、病毒等，这些微生物是空气污染的重要组成部分。空气微生物在参与自然界的物质循环和维持自然人生态平衡中扮演了极其重要的角色。然而，空气中微生物过高会对环境和人类健康造成一定的危害。
细菌在空气中的微生物中占绝大多数量，是呼吸道传染病的重要致病原,空气中的细菌主要来自于土壤，水体，各种腐烂的有机物，人畜呼吸道的飞沫及动植物体表的干燥的脱落物，空气中的细菌数量可以反映所在区域的空气质量，是大气环境污染的一个重要参数。世界卫生组织认为，空气中细菌浓度为700~1800cfu/m3时，有发生空气感染的明显危险因素，当≤500cfu/m3时，就安全得多。
自吸式过滤式防护口罩和普通医用口罩是目前广泛使用的两类呼吸防护用品，也常被普通民众和医疗工作者用于预防空气细菌。此类口罩普遍存在呼吸不畅的问题，容易产生闷热、水汽的现象，并导致口罩内侧滋生细菌，本发明的口罩在已有产品研究基础上，作进一步改进，使得口罩兼有良好的过滤效果和透气性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于净化空气的球形滤料的制备方法，以及使用该滤料的口鼻罩。本发明的口鼻罩和传统的相比，不仅能高效滤除细菌，并可使进出气顺畅，呼吸阻力小。
为达此目的，本发明采用以下制备方法：a）将高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉均匀混合，得到混合物，所述高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉的重量比为250-360：110-240：290-400：90-200；优选的，所述高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉的重量比为270-330：130-210：320-380：120-180；更优选的，所述高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉的重量比为280-300：150-180：340-360：140-160。
优选的，所述高岭土的粒径为370~420目。
优选的，所述沸石粉的粒径为410~460目。
b）将步骤a）所得的混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。
优选的，球状滤料直径为3mm。
优选的，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%。
优选的，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度为120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
在本发明中，高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主要成分的细粒粘土，其理想结构是化学式为Al4[Si4O10](OH)8的1：1型层状结构，层间由氢键连结，其化学组成包括Al2O3、SiO2、H2O及少量的Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O、NaO、SO3、MnO等。在本发明中，高岭土主要起粘结剂的作用，同时，也具备一定的吸附性能，当细菌与高岭土相互接触后，细菌细胞回粘附于高岭土固相表面。高岭土无毒无害，在自然界中可以降解，不会对环境造成任何污染。
本发明优选采用粒径为370~420目的高岭土。
沸石以天然沸石最为常用，包括丝光沸石、菱沸石、镁沸石和斜发沸石粉等数十种。天然沸石是含水多硅酸盐的总称，其化学通式为Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价硅离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属（或碱土金属）等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。
沸石按其孔或通道体系可分为小孔，中孔和双孔沸石三个组别。小孔沸石的孔口属八元环体系，其最大的自由直径为0.43nm。优选选择林德A(lindeA)，毛沸石(erionite)，菱沸石(chabazite)，ZK-5，ZK-4，ZK-21，ZK-22。中孔沸石属十元环体系，其通道开口居于较小的八元环和较大的十二元环之间，最大的自由直径为0.63nm。优选为浊沸石(laumontite)、ZSM-5、ZSM-12、ZSM-23、ZSM-48、ZSM-11。双孔主要是具有两组孔结构，即有十二元和八元环孔口或十元和八元孔口的交联通道。优选为丝光沸石，菱钾沸石(offretite)，林德T，纳菱沸石(gmelnite)，片沸石(heulandite)，或斜发沸石(clinoptilolite)，镁碱沸石（ferrierite），ZSM-35，ZSM-38，辉沸石（stilbite），环晶石（dachiardite），柱沸石(epistilbite)。
本发明优选经过改性的沸石粉，制备方法为，取粉碎至410~460目的沸石粉，采用高温煅烧工艺，然后自然冷却。所述高温优选为450~580℃，焙烧时间为3.5~4.5小时。
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，是海洋或湖泊中生长的硅藻类的残骸在水底沉积，经自然环境作用逐渐形成的一种非金属矿物。硅藻土的主体是硅藻体，它是一种固定结构的的多孔性的无定型二氧化硅，具有蛋白石—A结构，内部有大量规则、大小一致的亚微米孔，因此具有强吸附性，较大比表面积和高孔隙度，耐高温等优良性质，被广泛应用于化工、石油、建材、食品、环保等许多领域。
本发明优选采用粒径为400~450目的硅藻土粉。
在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭；所述矿物质原料活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。本发明优选使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭的比表面积优选不低于500m2/g，更优选不低于1000m2/g，尤其是医用活性炭，作为国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更大，吸附效果也更好。
本发明优选采用粒径为390-410目的医用活性炭。
在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。原料粒度越细，越趋于均匀，成球性越好，球团强度越高。
在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。
与现有技术相比，本发明提供了一种滤除细菌的球形滤料、和使用该滤料的过滤盒、口鼻罩。在上述原料协同作用下，配合特定的球团成型工艺，本发明具有以下优点：（1）工艺过程简单，易于操作；（2）将吸附材料实现功能复合，空气经过本发明所述的球形滤料后，细菌含量降到极低水平。（3）使用本发明的球形滤料的口鼻罩在高效过滤细菌的同时，降低了呼吸阻力，使使用者感到舒适。
在本发明中，所有的原料，包括高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉，均为无毒无害、与环境友好的矿物质材料，制成的球形滤料达到使用寿命后即可丢弃，有效防止了对环境造成的二次污染。
本发明提供了一种过滤盒，过滤盒内填充由上述技术方案所述的滤除细菌的球形滤料。
本发明提供了一种口鼻罩，由上述技术方案所述的过滤盒构成。
本发明一种用于滤除细菌的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体，过滤盒，透气孔，鼻梁夹，弹性耳带。所述面罩主体可折叠，过滤盒安装在面罩主体开孔处。所述过滤盒的上下表面有透气孔，内腔填充本发明中滤除细菌的球形滤料。所述鼻梁夹为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹性耳带为棉质高回弹材料，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效滤除细菌，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
附图说明
图1是本发明口鼻罩的结构示意图。
图2是本发明过滤盒的结构示意图。
图3是本发明过滤盒的上零件的结构示意图。
图4是本发明过滤盒的下零件的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合相关附图和实施例对本发明提供的一种用于滤除细菌的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法进行详细描述。
参见图1、图2、图3和图4，本发明一较佳实施所述的一种用于除细菌的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体1，过滤盒2，透气孔3，鼻梁夹4，弹性耳带5。所述面罩主体1可折叠，过滤盒2安装在面罩主体1开孔处，所述过滤盒5由上下零部件组成，所述上下零部件通过内螺纹6外螺纹7连接，连接后，上下零部件的外边缘可将过滤盒固定在面罩主体1。所述上零件的内腔填充本发明中过滤细菌的球形滤料8，上零部件的上下表面有透气孔3。所述鼻梁夹4为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹性耳带5为棉质高回弹材料，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效过滤细菌，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
实施例1
（1）称取粒径为380目的高岭石粉280g；
（2）称取粒径为416目的沸石粉130g；
（3）称取硅藻土粉310g；
（4）称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的比表面积为600m2/g；
（5）将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
（6）混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为30%，通过造球机滚成球，在130℃下烧制2.5小时后，即得多孔球形滤料；
（7）将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例2
（1）称取粒径为400目的高岭石粉300g；
（2）称取粒径为430目的沸石粉150g；
（3）称取硅藻土粉330g；
（4）称取医用活性炭粉120g，所述医用活性炭的比表面积为750m2/g；
（5）将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
（6）混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为40%，通过造球机滚成球，在150℃下烧制3小时后，即得多孔球形滤料；
（1）将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例3
(1)称取粒径为410目的高岭石粉330g；
(2)称取粒径为450目的沸石粉210g；
(3)称取硅藻土粉360g；
(4)称取医用活性炭粉170g，所述医用活性炭的比表面积为900m2/g；
(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(6)混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为45%，通过造球机滚成球，在200℃下烧制3.5小时后，即得多孔球形滤料；
(7)将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
表1本发明的口鼻罩的细菌过滤效率，单位：cfu/m3。
从表1可以看出，使用本发明的球形滤料的口鼻罩滤除细菌有很好的效果。
以上对本发明所提供的一种用于滤除细菌的球形滤料、及使用该球形滤料的过滤盒、口鼻罩以及制备方法进行了介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种滤除细菌的球形滤料，球形滤料以高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉为原料，采用球团工艺成型，球体直径为3mm。
2.根据权利要求1所述高岭石粉、沸石粉、硅藻土粉、活性炭粉的重量比为250-360：110-240：290-400：90-200。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高岭土的粒径为370~420目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石粉的粒径为410~460目。
5.根据权利1所述球团工艺，其特征在于：将混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料；其中，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%。
6.根据权利1所述球团工艺，其特征在于：球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
7.权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去滤除细菌的球形滤料。
8.一种空气过滤盒，其特征在于，在过滤盒内填充由权利要求7所述的球形滤料。
9.一种口鼻罩，其特征在于，由权利要求8所述的过滤盒构成。
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