天津大学龚俊波 Small：基于Janus球晶膜的集成过滤材料

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COVID-19疫情波及全球，至今已有数亿人感染、上百万人死亡，对公共卫生和全球经济造成深远影响。使用微粒过滤口罩，可以极大限度地减少医务人员或其他有高风险感染新冠的专业人员吸入空气中携带病毒的微粒，是一项非常重要的个人防护缓解措施。但是，现有的防护口罩存在着显著的缺点，包括较低的水蒸气透过效率和有限的抑制有害微生物的能力。因此，亟需开发一种能够有效去除颗粒物，具备优异的水蒸气透过效果，并能完全杀灭细菌病毒，阻断细菌病毒在空气中的传播的集成过滤材料。

商业口罩有明显的缺点，包括水蒸气透过效率低和抑制有害微生物的能力有限。近日，天津大学龚俊波教授团队通过在聚丙烯非织造布上逐层骤冷结晶12-羟基硬脂酸和广谱杀菌剂，与亲水棉纤维单层复合，开发出一系列具有分层结构的新型Janus球晶膜，并进一步证明这种复合系统作为口罩的潜力。通过进一步的优化，实现了优异的超疏水/超亲水性能（接触角157.1°/0°），卓越的过滤效果（对PM_2.5的过滤率为93.54%，对PM₁₀的过滤率为98.35%），具有低过滤阻力（57Pa）和高达0.072Pa^-1的质量系数，优于商用N95口罩。此外，该Janus球晶膜允许水蒸气由内向外定向传输，与单层疏水球晶膜相比，水蒸气传输率增加了20%以上。它对大肠杆菌的杀菌能力也超过99.9999%，并在各种极端环境下进行了坚固性和稳定性测试。该工作可能对设计具有多功能的新型过滤介质有所启示，同时，设计的材料也可用于防护设备，以防止新型冠状病毒。该工作以“Constructing Janus Microsphere Membranes for Particulate Matter Filtration, Directional Water Vapor Transfer and High-Efficiency Broad-Spectrum Sterilization”为题发表在《Small》期刊上。文章的第一作者是天津大学博士研究生邓彤和博士研究生陈艺夫。该研究得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的支持。

图1. 一种具备屏蔽灰尘、阻挡水分、消除细菌、提供透气的超疏水/超亲水Janus球晶膜

图2. Janus球晶膜的微观结构表征图。

图3. 用不同结晶方法制备的球晶膜的过滤性能。

图4. Janus球晶膜的水蒸气和水微滴的定向运输。

图5. 负载药物的球晶膜的杀菌性能。

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https://doi.org/10.1002/smll.202205010

研究团队简介

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龚俊波，男，1974年生，博士，天津大学长聘教授，博士研究生导师，现任化学工程系主任，国家工业结晶工程技术研究中心主任，国家结晶科学与工程国际联合研究中心执行主任。入选国家第四批“万人计划”中青年科技创新领军人才（2019）、科技部中青年科技创新领军人才（2018）、天津市中青年科技创新领军人才（2017）和教育部新世纪优秀人才（2012）等人才支持计划。龚俊波教授的研究兴趣涉及晶体工程和工业结晶过程强化的诸多领域。

龚俊波

https://www.x-mol.com/university/faculty/56486

课题组链接

http://iecp-group.com/

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