Nature|厦门大学科学家研发出高效、免维护的空气净化系统！


随着人们越来越重视空气微粒污染物对人类健康的不利影响，促进了空气净化系统的发展。可吸入颗粒物如PM10、PM2.5和超细颗粒物的直接有效去除依赖于使用由多层纤维或多孔材料组成的过滤装置。然而，这些过滤装置会受到表面和内部孔隙上的颗粒积累的影响，使其不可避免地遭受堵塞问题，从而限制其效率与使用寿命。因此，需要定期维护或更换过滤装置，以保持最佳性能。由于传统的净化系统不仅会产生固体废物还会产生额外的维护花费，开发高效、使用寿命长、耐用的净化系统一直是传统空气净化领域面临的重大挑战。

2022年9月26日，厦门大学侯旭团队在Nature（IF:69.504）上发表了题为Continuous air purification by aqueous interface filtration and absorption的研究成果，该团队首创性地选择功能液体作为过滤膜单元的结构与功能材料，研发了一种电化学液基系统（the electrochemical liquid-based system, ELBS），能够实现高效、连续和免维护的空气净化,解决了空气净化中从过滤吸收、防污防腐、抗菌除臭到长期运行的难题。

内容解读

ELBS原理

该系统的净化过程分为过滤和吸收两个步骤。

过滤：基质中充满液体的孔隙充当粗过滤器进行过滤过程，并分离大颗粒，而孔隙中的液体衬里防止颗粒在基质表面蓄积。在该阶段，基质中孔隙越小，气泡越小，净化效率越高，空气通量越低。

吸收：穿过多孔基质的小气载颗粒被困在微泡内，并由于惯性继续移动，最终接触气液界面。

此外，ELBS还可以通过调节产生的气泡的大小以提供一系列的净化效率，以适应不同的操作环境。可以使用两种方法来控制气泡的大小：调节基质的孔径或调节基质的润湿性。气泡越小，比表面积越大，导致气液界面的传质速率越高。减小气泡的大小可以提高空气净化的颗粒分离效率，但会影响通过系统的空气流量。因此，在实际应用过程中，可以在净化效率、空气流量和气泡直径之间进行权衡。

EBLS的制备和过滤过程

ELBS由多孔基质和功能液体组成。采用界面聚合法在不锈钢网（SSM）上沉积十二烷基苯磺酸盐（DBS-）掺杂的聚吡咯（PPy）制备基质。利用聚合时间和氧化还原电位分别控制基质的孔径和表面性能。研究团队选择LiClO4溶液作为功能液体，通过Li+离子掺杂（还原过程，亲水）和去掺杂（氧化过程，疏水）来可控和可逆地改变基体的界面润湿性。结果表明，通过调节功能液体对基质的亲和度，在稳态和非稳态之间可逆地切换液体衬里基质，可以防止颗粒积累。

吸收过程

ELBS的吸收过程分为气泡形成、气泡上升和粒子捕获三个步骤。

在气泡形成阶段，通过改变ELBS的基质孔径和氧化还原状态来控制生成的微气泡的大小。由于更有效的气液界面传质行为，较小的气泡尺寸提供了更高的颗粒吸收效率。然而，由于工作压力较大，较小的气泡消耗更多的能量。因此，根据应用需求确定微气泡的可控尺寸范围。从几何关系可以计算出气泡直径Dmin的下限为Dmin=L+2R(1-cosθ)，其中气泡的中心必须高于其接触线的中心，L是DPM的孔径，R是DPM的纤维半径。

在气泡上升阶段，颗粒被气液界面捕获的关键是在气泡破裂前能够接触到气液界面。颗粒在上升气泡中的运动受几种不同机制的影响，包括对流、重力沉积、惯性碰撞和布朗运动。经过理论计算，大多数颗粒的停止距离大于气泡直径，说明在气泡破裂前颗粒有足够的时间移动到气液界面。

在颗粒捕获阶段，如果颗粒接触到气液界面，无论它们是疏水性颗粒还是亲水性颗粒，都可以被功能液体捕获，无法逃逸到气体中。在实验中，当亲水性颗粒接触气液界面时，颗粒迅速附着在界面上，进入功能液体（溶液A，LiClO4）。而疏水颗粒迅速被界面捕获，但无法进入液体。当通过添加钠DBS（SDBS）对溶液A进行改性以形成溶液B时，亲水性和疏水性颗粒都可以快速移动到液体中。因此，大多数粒子都可以被捕获在气液界面上，而粒子是否进入液体则取决于功能液体与粒子之间的润湿性。

应用

ELBS允许连续的、可编程的和自动化的净化，而且不受腐蚀或堵塞的影响，这对于健康保护、烟气处理和除尘在内的应用具有吸引力。由于功能液体可以调整，ELBS可以调整到特定净化需求所需的性能特征，如抗菌能力、去除异味和有害空气污染物等。甲醛测试表明，ELBS具有良好的去除甲醛性能。此外，ELBS不仅可去除腐蚀性烟气，而且具有良好的耐腐蚀性。与商用过滤器相比，在危险环境下运行超过100 小时后，ELBS表现出更好的防堵塞性能，在施加压力没有明显增加的情况下能够保持98.2%的净化效率。特别地，ELBS具有99.6%的高净化效率，容尘量达到950 g m-2，比其他净化系统高出5至10倍。

使用产品

本项研究中，该团队使用了碧云天细胞凋亡与坏死检测试剂盒（C1056）来测定ELBS的抗菌活性。该产品即将参与“碧云天十一月囤货节”哦！届时折扣多多，大家准备好囤起来呀~

产品信息：

产品编号 产品名称 产品包装
C1056 细胞凋亡与坏死检测试剂盒 100次