CN213314055U - 一种空气过滤结构层、空气净化器、口罩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气过滤结构层、空气净化器、口罩，其中空气过滤层结构层包括抗微生物合金过滤层，所述抗微生物合金过滤层具有两层，两层之间设有静电吸附层，所述抗微生物合金过滤层是采用抗菌合金借助金属烧结或电化学沉积技术制备成的多孔滤块；一层抗微生物合金过滤层的一侧设置有疏水涂层。本实用新型经过高温、紫外线及酒精等常规消毒剂处理后，不降低过滤效果，可重复利用的空气过滤材料，该材料主要用于过滤PM2.5粉尘、细菌及病毒等，并具有一定的抗微生物能力。

Description

一种空气过滤结构层、空气净化器、口罩

技术领域

本实用新型涉及空气净化技术领域，特别是涉及一种空气过滤结构层、空气净化器、口罩。

背景技术

环境空气质量与人类的健康息息相关，然而随着人类社会的工业化发展及多次疫情的爆发，空气中充斥着的各种病菌等有害颗粒物已成为首要污染物，因此对空气净化技术的研究势在必行，而过滤材料是关键因素之一。

现实应用场景如下：

普通建筑：目前室内控制技术主要是空气净化器，然而在实际应用中普遍存在着更换周期短、成本过大及形成有害副产品造成二次污染等问题，低阻高效滤料的研发迫在眉睫。与此同时，活性炭作为异味去除材料，很容易在饱和后成为二次污染源，而清理办法只能够通过高温处理。

个体：个体防护主要包括口罩，是以达到净化PM2.5并可简单地高温清洗处理后重复为目的，减少有害物的吸入并降低日常使用成本。

医疗机构：这类特殊的建筑及群体，不仅需要满足净化空气中的粉尘等物质，还需要满足能够有效过滤病菌有有害微生物并抑制其在过滤材料上的生长。除此之外，由于此类场景的过滤材料用量相对较大，还应该赋予在简单地使用消毒剂处理后高温清洗即可重复使用的功能。

目前空气过滤材料在实际应用中以各种类型的无纺布为主，然而该材料在要求达到较高过滤标准的条件下，将会出现阻力过大和过滤效率下降较快的现象。并且在经过高温或消毒剂处理后结构容易遭到破坏，无法再次重复使用，因此在有效过滤周期后就必须丢弃，不符合当前低碳环保的国际共识。除此之外，在传统的过滤材料即纺织物或纤维中，棉、纺织有机物、或聚合物纤维的主要结构材料通常无法提供对水的物理屏障。更确切地说，此类材料通常表现出实际上促进水的渗透的芯吸，而不管水是溅到口罩上还是倒在口罩上。而细菌、病毒、和其它病原体通常需要水滴来在空气中传播，芯吸允许细菌和病毒穿透口罩，降低了口罩的过滤效果，因此普通过滤材料无法抑制吸入后附着的有害微生物，极易形成二次污染。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种空气过滤结构层、空气净化器、口罩，主要解决了现有技术当中存在的净化效果差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的技术方案之一是一种空气过滤结构层，包括抗微生物合金过滤层，所述抗微生物合金过滤层具有两层，两层之间设有静电吸附层，所述抗微生物合金过滤层是采用抗菌合金制备成的多孔滤块；一层抗微生物合金过滤层的一侧设置有疏水涂层。

进一步，抗菌合金借助金属烧结或电化学沉积技术制备成的多孔滤块。

优选的，所述静电吸附层内填充驻极体材料。

本实用新型的技术方案之二是如上所述的空气过滤结构层在制造空气净化器和/或口罩中的应用。

本实用新型的技术方案之三是一种空气净化器，在所述空气净化器的过滤结构中增加如上所述的空气过滤结构层。

所述空气净化器包括净化器本体，所述净化器本体上设置有进风口和出风口，所述进风口内安装风机，所述净化器本体内依次安装有粗过滤网、活性炭芯、滤芯、如上所述的空气过滤结构层，所述空气过滤结构层安装在一个模盒中，还包括一个前面板，所述前面板将所述净化器本体封闭，所述净化器本体上端设置有操作面板，所述操作面板正面镶嵌触摸显示器，所述操作面板内部安装控制器，所述控制器与所述触摸显示器、所述风机信号连接。所述净化器本体上设置有提手。在所述进风口内安装流速传感器以及流量传感器，所述流速传感器以及流量传感器与所述控制器信号连接，用于将检测到的流速信号以及流量信号输送至控制器并通过所述触摸显示器显示。

本实用新型的技术方案之四是一种可重复使用的口罩，包括框架层以及设置在所述框架层两侧的一对耳挂，其特征在于，所述框架层具有可拆封的开口，通过所述开口在所述框架层内安装如上所述的空气过滤结构层，所述空气过滤层紧贴所述框架层内侧，所述开口通过拉链或卡扣封闭或开启。

作为优选的技术方案，所述框架层为无纺布层或塑料框架或硅胶框架。

本实用新型的技术方案之五是一种空气过滤结构层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：赋予过滤性能：将抗菌合金粉多孔滤块；

步骤2：赋予形状：将滤块线性切割成不同应用场景所需的形状大小；

步骤3：赋予抗微生物性能：将成型的滤块通过抗微生物热处理工艺处理，: 使其表面出现富铜相；

步骤4：赋予表面疏水性能和中间层的静电吸附功能：在成型的滤块表面添加疏水涂层，在成型的滤块中间增设静电吸附层，所述静电吸附层添加驻极体材料。

进一步，步骤1中是抗菌合金借助金属烧结或电化学沉积技术制备成的多孔滤块。

作为优选的技术方案，所述抗菌合金采用机械强度高、耐高温、耐腐蚀性能好、透气性好、可清洗再生的材料。

作为优选的技术方案，所述涂层和驻极体材料采用具备耐磨损、高温、紫外线辐射、超声处理和腐蚀性能的材料。

作为优选的技术方案，所述多孔滤块的孔径分布均匀。

有益效果在于：

本实用新型中的空气过滤结构层可重复利用的空气过滤材料的边界条件应为高效过滤，耐高温，不惧消毒剂及有效抑制微生物。

本实用新型中的空气过滤结构层的过滤性能满足国家标准GB 19083的要求。

本实用新型中的空气过滤结构层耐121℃的高温处理20分钟。

本实用新型中的空气过滤结构层在经过75％酒精等消毒剂处理后结构上无明显变化。

本实用新型中的空气过滤结构层在24小时内对细菌、流感病毒、肺炎病毒等有害微生物的活性抑制率达到90％及以上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一种空气过滤结构层的结构图。

图2为本实用新型一种空气净化器的立体结构图。

图3为本实用新型一种空气净化器的爆炸视图。

图4为本实用新型一种空气净化器的智能控制原理图。

图5为本实用新型口罩的结构图。

附图标记

图中，1、微生物合金过滤层；2、静电吸附层；3、疏水涂层；4、净化器本体；5、进风口；6、出风口；7、粗过滤网；8、活性炭芯；9、滤芯；10、空气过滤结构层；11、模盒；12、前面板；13、操作面板；14、触摸显示器；15、控制器；16、风机；17、提手；18、流速传感器；19、流量传感器；20、空气检测器；21、开口处；22、无纺布层；23、耳挂。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

现在结合说明书附图对本实用新型做进一步的说明。

实施例1：

请参考图1所示，本实用新型实施例是一种空气过滤结构层，包括抗微生物合金过滤层1，所述抗微生物合金过滤层1具有两层，两层之间设有静电吸附层2，所述抗微生物合金过滤层1是采用抗菌合金借助金属烧结或电化学沉积技术制备成的多孔滤块；一层抗微生物合金过滤层1的一侧设置有疏水涂层 3。

所述静电吸附层2内填充驻极体材料。

实施例2：

请参考图2～图4所示，本实用新型实施例是一种空气净化器，在所述空气净化器的过滤结构中增加如实施例1所述的空气过滤结构层。空气净化器是现有技术。实施例1所述的空气过滤结构层可以直接替换空气净化器的过滤结构也可以在其过滤结构中直接添加入实施例1所述的空气过滤结构层。

具体的，所述空气净化器包括净化器本体4，所述净化器本体4上设置有进风口5和出风口6，所述进风口5内安装风机16(图2和图3中未显示)，所述净化器本体4内依次安装有粗过滤网7、活性炭芯8、滤芯9、如实施例1 所述的空气过滤结构层10，所述空气过滤结构层10安装在一个模盒11中，还包括一个前面板12，所述前面板12将所述净化器本体4封闭，所述净化器本体4上端设置有操作面板13，所述操作面板13正面镶嵌触摸显示器14，所述操作面板13内部安装控制器15，所述控制器15与所述触摸显示器14、所述风机16信号连接。所述净化器本体4上设置有提手17。在所述进风口5内安装流速传感器18以及流量传感器19，所述流速传感器18以及流量传感器19与所述控制器15信号连接，用于将检测到的流速信号以及流量信号输送至所述控制器15并通过所述触摸显示器14显示。

本实用新型实施例具体实施时，进风口5进来的空气，依次通过粗过滤网 7、活性炭芯8、滤芯9、如实施例1所述的空气过滤结构层10进行过滤，相较于普通的空气过滤器，主要实用新型点在于增加了一层新的过滤结构层，以增加空气过滤效果。在实际使用过程中，新的过滤结构层可以通过清洗消毒后继续使用，机器维护成本低。

另外，本实用新型实施例中的过滤器是一款智能化的设备。具体，请参考图4所示，触摸显示器14可以进行触摸指令通过控制器15控制风机16的工作转速以调节风速，在其工作过程中，单次以及累次的空气过滤量可以通过流量传感器19进行记录，流速传感器18用于实时监控流速。如果有必要，也可以在进风口和出风口处均安装一个空气检测器20，用于检测空气PM数值，通过触摸显示器14显示，空气净化效果一目了然。

实施例3：

请参考图5所示，本实用新型实施例是一种可重复使用的口罩，包括无纺布层22以及设置在所述无纺布层22两侧的一对耳挂23，所述无纺布层22具有开口，通过所述开口在所述无纺布层22内安装如实施例1所述的空气过滤结构层，所述空气过滤层紧贴所述无妨布层内侧，所述开口通过拉链或卡扣封闭或开启。图5中的21所示的是开口处，可以在该位置进行开口。

本实例例无纺布也可以用塑料框架或硅胶框架替换，本领域人员可根据图 3进行制造。

实施例4：

本实用新型实施例是一种空气过滤结构层的制备方法，①赋予过滤性能：将抗菌合金借助金属烧结或电化学沉积技术制备成的多孔滤块，此类滤块具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀性能好、孔径分布均匀、透气性好、可清洗再生等诸多优良性状；②赋予形状：将滤块线性切割成不同应用场景所需的形状大小；③赋予抗微生物性能：将成型的滤块通过抗微生物热处理工艺处理，例如使其表面出现富铜相；④赋予表面疏水性能和中间层的静电吸附功能：在表面添加疏水涂层，中间层添加驻极体材料，该涂层和驻极体材料应当也具备耐磨损、高温、紫外线辐射、超声处理和腐蚀性能。

本实用新型实施例中的抗菌合金中的组成如下表1。

表1抗菌合金组成表

元素	Ni	Cr	Mo	Cu	Fe
						抗菌合金	15.15％	18.25％	3.72％	4.8％	Balance

模拟净水器或/和口罩或其他过滤装置会接触的环境对抗菌合金进行病毒测试

本实用新型测试例模拟净水器或/和口罩或其他过滤装置会接触的环境对过滤装置中的抗菌合金进行了相关病菌的测试。具体测试方法以及相关实验数据和结论如下所述。

本实用新型测试使用抗菌合金成分见上表1和商业医用级316L SS对照。对抗菌合金样品进行如下热处理：1100℃固溶0.5h，使Cu²⁺均匀分布在合金中，水冷，700℃时效6h，得到合金中富含Cu²的相，热处理后的合金在10mL丙酮中脱脂和清洁30秒。对照样品以同样的方式处理。

本实用新型测试采用了常见的金黄色葡萄球菌(ATCC 25923)。在使用前，常规培养并在Luria-Bertani(LB)培养基中保持37℃。

测试1：原子吸收光谱法(AAS)

用原子吸收分光光度计，Cu²⁺的检测波长为324.8nm，积分时间为5s，每个时间点测试5次。用原子吸收光谱法测定抗菌合金在0.9％NaCl溶液中释放的Cu²⁺。

测试结果如下表2显示，随着时间的推移，金属表面积与溶液体积比约为 80m²m^-3的浓度增加，即从抗菌合金基质中每天释放的Cu²⁺小于20ppb cm^-2。

表2抗菌合金样品在0.9％NaCl中的Cu²⁺释放情况表

时间(天)	0	0.5	1	3	5
						Cu<sup>2+</sup>浓度(ppb)	0	8.5	23	31	43

结论：这种低水平浓度的铜离子远远不会对人类健康构成任何直接威胁。

测试2：平板法评价抑菌性能

抗菌合金样品和对照品两种样品均置于24孔培养板中。金葡菌悬浮液1 mL，浓度为10⁶CFU mL^-1，每个孔中加入合金。接种板于DNP 9272培养箱37℃孵育，孵育时间(0.5d、1d、3d、5d)，37℃、90％相对湿度条件下进行抗菌试验。

在每个测试期结束时，将24孔板上的细菌悬浮液稀释至约10³CFU mL^-1，并将0.1mL稀释后的细菌悬浮液涂在琼脂板上。37℃孵育1d，计数菌落。抗菌率C计算公式如下:

C(％)＝100×(A-B)/A

其中，A是对照样品中的CFUs数量，B是抗菌合金样品中的CFUs数量。

测试结果如下表3显示，当培养时间达到1d时，抗菌合金的抗菌率达到 95％以上。

表3抗菌合金样品经孵育时间对金黄色葡萄球菌的抑菌情况

时间(天)	0	0.5	1	3	5
						抗菌率(％)	0	66.25	98	100	100

结论：抗菌合金能够有效抑制细菌生长。

测试3：活死染色法评价抗菌合金对细菌细胞膜和生物膜的破坏作用

为了阐明抗菌合金的抗菌作用，将316L和抗菌合金培养后的金黄色葡萄球菌细胞，用活/死BacLightTM试剂盒(SYTO9和碘化丙啶(PI))染色。孵化后，10 μmol L^-1SYTO9和60μmol L^-1PI添加到每个孔中。为了使荧光染料在生物膜中扩散，标本在37℃无光条件下固定20min。然后，标本在室温下黑暗中孵育 30分钟。取0.9％(w/v)NaCl温和清洗后，pH 7.4磷酸缓冲盐水(PBS)冲洗。取试片，激光共聚焦显微镜观察SYTO9和PI。每张试片被安装在一个用于CLSM 成像的玻璃板上，利用三维扫描模式获得生物膜厚度，在有生物膜处随机测量，生物膜厚度数据均使用Nis-Elements Viewer version4.20软件进行分析，测试的生物膜厚度与时间的数据如下表4所示，使用Image J软件从10组CLSM图像的平均值中量化出细菌的数量，测试的染色获得的细菌活细胞数与时间数据如下表5所示。

表4为金黄色生物膜厚度与时间的关系

表5SYTO9染色获得的细菌活细胞数与时间的关系

结果显示，对照样品表面有细胞，而抗菌合金表面1d后出现较多死细胞，表明抗菌合金具有良好的生物杀灭效果。对于抗菌合金，死细胞的比例增加在 1d后显著，5天后，对照样品上出现死细胞，这可能是由于正常细胞死亡。与对照样品相比，抗菌合金表面的活细胞数和活死细胞总数均明显减少，表明抗菌合金也具有良好的杀灭细菌能力。

如表5所示，孵育1天的时候，对照样品和抗菌合金组回收的活细胞没有数量级差异。结合平板法结果，推测1天的时间虽然能够显著抑制细菌的增殖活性，但难以杀死大部分细菌。杀死90％以上的细菌大约需要3天的时间。结合活死染色的原理，得出结论Cu²⁺不仅导致细菌的增殖活性丧失，还导致细胞膜被破坏，生物膜的形成受到抑制，多方面多角度多层次进一步证实了抗菌合金良好的抑菌杀菌效果。

综上，本实用新型中的空气过滤结构层经过高温、紫外线及酒精等常规消毒剂处理后，不降低过滤效果，可重复利用的空气过滤材料，该材料主要用于过滤PM2.5粉尘、细菌及病毒等，并具有一定的抗微生物能力。

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种空气过滤结构层，其特征在于，包括抗微生物合金过滤层，所述抗微生物合金过滤层具有两层，两层之间设有静电吸附层，所述抗微生物合金过滤层是采用抗菌合金制备成的多孔滤块；一层抗微生物合金过滤层的一侧设置有疏水涂层。

2.根据权利要求1所述的一种空气过滤结构层，其特征在于，所述静电吸附层内填充驻极体材料。

3.一种空气净化器，其特征在于，在所述空气净化器的过滤结构中增加如权利要求1或2所述的空气过滤结构层。

4.根据权利要求3所述的一种空气净化器，其特征在于，所述空气净化器包括净化器本体，所述净化器本体上设置有进风口和出风口，所述进风口内安装风机，所述净化器本体内依次安装有粗过滤网、活性炭芯、滤芯、空气过滤结构层，所述空气过滤结构层安装在一个模盒中，还包括一个前面板，所述前面板将所述净化器本体封闭，所述净化器本体上端设置有操作面板，所述操作面板正面镶嵌触摸显示器。

5.根据权利要求4所述的一种空气净化器，其特征在于，所述操作面板内部安装控制器，所述控制器与所述触摸显示器、所述风机信号连接。

6.根据权利要求4所述的一种空气净化器，其特征在于，所述净化器本体上设置有提手。

7.根据权利要求5所述的一种空气净化器，其特征在于，在所述进风口内安装流速传感器以及流量传感器，所述流速传感器以及流量传感器与所述控制器信号连接，用于将检测到的流速信号以及流量信号输送至控制器并通过所述触摸显示器显示。

8.一种可重复使用的口罩，包括框架层以及设置在所述框架层两侧的一对耳挂，其特征在于，所述框架层具有可拆封的开口，通过所述开口在所述框架层内安装如权利要求1或2所述的空气过滤结构层，所述空气过滤层紧贴所述框架层内侧，所述开口通过拉链或卡扣封闭或开启。

9.根据权利要求8所述的一种可重复使用的口罩，其特征在于，所述框架层为无纺布层或塑料框架或硅胶框架。

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