一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用以及一种防霾口罩滤膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用以及一种防霾口罩滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

雾霾，是雾和霾的组合词。中国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称为“雾霾天气”。高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物(pm2.5)，一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾。雾霾中对人体有害的细颗粒、有毒物质达20多种，会对人体健康造成危害。佩戴防霾口罩是减弱雾霾对人体危害的重要方式。

目前，市售防霾口罩中滤膜材料多为高分子材料，如无纺布、纤维等。上述市售防霾口罩在废弃后，由于高分子材料难被降解，会对环境造成二次污染。为了解决这一技术问题，市场上陆续出现活性炭、石灰等滤膜材料，但是以活性炭、石灰为滤膜材料得到的滤膜截留性能较差。

技术实现要素：

本发明提供了一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用以及一种防霾口罩滤膜及其制备方法和应用，本发明提供的防霾口罩滤膜原料中含有西红柿皮，使得本发明提供的防霾口罩滤膜天然环保，而且西红柿皮有效提高了防霾口罩滤膜的截留性能。

本发明提供了一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用。

本发明提供了一种防霾口罩滤膜，所述防霾口罩滤膜包含西红柿皮，所述西红柿皮为片状或粉状；

当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜包括西红柿皮片层和纤维片层，所述西红柿皮片层和纤维片层交替层叠设置；所述西红柿皮片层上有若干钉孔；

当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜包括衬底层和西红柿皮粉层；所述西红柿皮粉层粘结于所述衬底层表面。

优选的，所述钉孔的直径独立地为0.1～0.3mm；所述西红柿皮片层上钉孔的密度≥50个/cm²。

优选的，所述纤维片层的材质包括天然棉质织物、无纺布无毒纸质纤维或无纺布；所述纤维片层的厚度优选为1.0～3.0mm。

优选的，每层西红柿片层含单片西红柿片，所述西红柿皮片层的层数≥2；所述西红柿皮片层的厚度为0.1～0.2mm。

优选的，所述西红柿皮粉层和衬底层的厚度比为0.3～0.5∶0.1～0.5。

优选的，所述西红柿皮粉层中西红柿皮粉的粒径为100～200目。

优选的，所述西红柿皮粉层中掺加凹凸棒土；所述凹凸棒土与西红柿皮粉末的质量比为1～2∶1。

本发明提供了上述技术方案任一项所述防霾口罩滤膜的制备方法，当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(1)在西红柿皮上打孔，得到钉孔西红柿皮；

(2)将所述步骤(1)得到的钉孔西红柿皮和纤维片层交替层叠，得到含有西红柿皮片层的防霾口罩滤膜；

当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(a)将衬底在天然无毒胶和水的混合溶液中进行浸泡处理后干燥，得到浸胶衬底，所述浸胶衬底的含水量为60～80％；

(b)将西红柿皮粉平铺在所述步骤(a)得到的浸胶衬底表面后，进行干燥处理，得到含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜。

本发明还提供了上述任一项所述防霾口罩滤膜或者上述技术方案所述制备方法制备得到的防霾口罩滤膜在防霾口罩中的应用。

本发明提供了一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用，以包括西红柿皮的原料制备防霾口罩滤膜。在本发明中，所述防霾口罩滤膜中的西红柿皮上角质层与pm2.5污染物中的黑炭等颗粒物的疏水性相近，使得pm2.5污染物被吸附截留在本发明所述防霾口罩滤膜外侧。在本发明中，西红柿皮有效提高了防霾口罩滤膜对污染物的截留性能，而且西红柿皮天然环保。

本发明提供了一种防霾口罩滤膜，所述防霾口罩滤膜中包含西红柿皮；所述西红柿皮为片状或粉状；当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜包括西红柿皮片层和纤维片层，所述西红柿皮片层和纤维片层交替层叠设置；所述西红柿皮片层上有若干钉孔；当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜包括衬底层和西红柿皮粉层；所述西红柿皮粉层粘结于衬底层表面。本发明提供的防霾口罩滤膜含有西红柿皮，使得本发明提供的防霾口罩滤膜对污染物具有较好的截留性能，同时使得本发明提供的防霾口罩滤膜具有环保的优点。由实施例测试结果可知，在pm2.5浓度远高于999.99μg/m³的污染环境中放置12h后，本发明提供的防霾滤膜透过的污染物浓度仅为110.38～186.9μg/m³，说明本发明提供的防霾滤膜能够有效地阻挡pm2.5，截留性能较好；而且本发明提供的防霾滤膜对雾霾天气中pm2.5的截留率高达99％，对雾霾天气中黑炭的截留高达99％。

附图说明

图1为本发明提供的含有西红柿皮的防霾口罩滤膜的结构示意图；

图2为本发明提供的含有西红柿粉的防霾口罩滤膜的结构示意图；

图3为本发明提供的含有西红柿粉和凹凸棒土的防霾口罩滤膜的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种西红柿皮在防霾口罩滤膜中的应用。

在本发明中，所述西红柿皮的形状优选包括片状或粉状。当所述西红柿皮的形状优选为片状时，所述防霾口罩优选包括西红柿皮片层和纤维片层，所述西红柿皮片层和纤维片层交替层叠设置；所述西红柿皮片层上有若干钉孔。当所述西红柿皮的形状优选为粉状时，所述防霾口罩滤膜包括衬底层和西红柿皮粉层；所述西红柿皮粉层粘结于衬底层表面。

本发明提供了一种防霾口罩滤膜，所述防霾口罩滤膜中包含西红柿皮；所述西红柿皮为片状或粉状；

当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜包括西红柿皮片层和纤维片层，所述西红柿皮片层和纤维片层交替层叠设置；所述西红柿皮片层上有若干钉孔；

当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜包括衬底层和西红柿皮粉层；所述西红柿皮粉层平铺在衬底层表面。

在本发明中，当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜包括西红柿皮片层和纤维片层。

在本发明中，每层西红柿片层含单片西红柿片，所述西红柿皮片层的层数优选≥2，进一步优选为2～4；所述单层西红柿皮片层的厚度优选为0.1～0.2mm，进一步优选为0.15～0.2mm。

在本发明中，所述西红柿皮片层上含有若干钉孔，所述钉孔的直径独立地优选为0.1～0.3mm，进一步优选为0.2～0.25mm；所述西红柿皮片层上钉孔的密度优选≥50个/cm²，进一步优选50～100个/cm²，更优选为60～80个/cm²。在本发明中，所述西红柿皮上的钉孔有利于提高滤膜对污染物的截留效果，当吸气时，气流可绕过各层微孔“绕弯”进入鼻孔，而气流中的污染物颗粒物在“绕弯”的过程中，接触到各层的西红柿皮并被吸附截留，由此使得气流经过立体式迷宫路线进入鼻孔，气流中的污染物在走迷宫时因碰壁而被截留。

在本发明中，所述纤维片层的所述纤维片层的材质优选包括天然棉质织物、无纺布无毒纸质纤维或无纺布；所述天然棉质织物优选包括医用纱布或棉布，所述无纺布优选包括一次性医用口罩。在本发明中，所述纤维片层的厚度优选为1.0～3.0mm，进一步优选为1.5～2.5mm。在本发明中，所述纤维片层的作用是：以一定厚度纤维片隔开各层西红柿皮，是为了形成立体结构。当吸气时，气流可绕过各层微孔绕弯进入鼻孔，而气流中的黑炭等颗粒物就会在“绕弯”的过程中，接触到各层的西红柿皮并被吸附截留。即气流经过立体式迷宫路线进入鼻孔，黑炭则在走迷宫时因碰壁而被粘住了。

在本发明中，所述西红柿皮片层和纤维片层交替层叠设置。本发明对滤膜的最外层和最内层材质没有要求，在本发明中，所述防霾口罩滤膜的最外层可以为西红柿皮片层，也可以为纤维片层；所述防霾口罩滤膜的最内层可以为西红柿皮片层，也可以为纤维片层。在本发明的具体实施方式中，所述滤膜由底层至顶层依次优选为纤维片层、西红柿皮层、纤维片层、西红柿皮层和纤维片层。

在本发明中，当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜包括衬底层和西红柿皮粉层，所述西红柿皮粉层平铺在衬底层表面。

在本发明中，所述西红柿皮粉层与衬底层的厚度比优选为0.3～0.5∶0.1～0.5，进一步优选为0.35～0.45∶0.2～0.4。

在本发明中，所述西红柿皮粉层的厚度优选为0.3～0.5mm，进一步优选为0.35～0.45mm；所述西红柿皮粉层中西红柿皮粉的粒径优选为100～200目，进一步优选为120～180目，更优选为140～160目。

在本发明中，形成衬底层的原料优选为医用纱布、天然无毒纤维，所述天然无毒纤维的材质优选包括无纺布；所述衬底层的厚度优选为0.1～0.5mm，进一步优选为0.2～0.4mm，更优选为0.25～0.35mm。

在本发明中，所述西红柿皮粉层中优选掺加凹凸棒土；所述凹凸棒土与西红柿皮粉末的质量比优选为1～2∶1，进一步优选为1.5～2∶1。本发明优选在西红柿皮粉层中掺加凹凸棒土，充分利用凹凸棒土对有机物的吸附性能，有效地提高了滤膜的截留性能。

本发明还提供了上述技术方案任一项所述防霾口罩滤膜的制备方法，

当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(1)在西红柿皮上打孔，得到钉孔西红柿皮；

(2)将所述步骤(1)得到的钉孔西红柿皮和纤维片层交替层叠，得到含有西红柿皮片层的防霾口罩滤膜；

当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(a)将衬底在天然无毒胶和水的混合溶液中进行浸泡处理后干燥，得到浸胶衬底，所述浸胶衬底的含水量为60～80％；

(b)将西红柿皮粉平铺在所述步骤(a)得到的浸胶衬底表面后，进行干燥处理，得到含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜。

在本发明中，当所述西红柿皮为片状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(1)在西红柿皮上打孔，得到钉孔西红柿皮；

(2)将所述步骤(1)得到的钉孔西红柿皮和纤维片层交替层叠，得到含有西红柿皮片层的防霾口罩滤膜。

本发明在西红柿皮上打孔，得到钉孔西红柿皮。

在本发明中，所述西红柿皮优选通过医用透气胶将小块西红柿皮展开粘结得到。本发明对所述医用透气胶的来源和粘结方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的原料和方式即可。

本发明优选采用细缝衣针对西红柿皮进行打孔；本发明对所述打孔的具体实施方式没有特殊要求，以能得到前述技术方案所述的钉孔即可。

得到钉孔西红柿皮后，本发明将所述钉孔西红柿皮和纤维片层交替层叠，得到含有西红柿皮片层的防霾口罩滤膜。

本发明对层叠的具体实施方式没有特别限定，采用本领域技术人员所熟知的对片层进行层叠的方法进行。

在本发明中，当所述西红柿皮为粉状时，所述防霾口罩滤膜的制备方法包括以下步骤：

(a)将衬底在天然无毒胶和水的混合溶液中进行浸泡处理后干燥，得到浸胶衬底，所述浸胶衬底的含水量为为60～80％；

(b)将西红柿皮粉平铺在所述步骤(a)得到的浸胶衬底表面后，进行干燥处理，得到含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜。

本发明将衬底在天然无毒胶和水的混合溶液中进行浸泡处理后干燥，得到浸胶衬底。

在本发明中，所述衬底优选包括医用纱布或天然无毒纤维；所述天然无毒纤维优选包括医用纱布或无纺布。

在本发明中，所述天然无毒胶优选包括动物或植物天然粘胶剂，如糯米胶、淀粉粘胶剂、蛋白质粘胶剂等。

在本发明中，所述天然无毒胶和水的体积比优选为(1～2)∶1。

本发明对浸泡处理的具体实施方式没有特别限制，采用本领域技术人员所熟知的浸泡方式即可。

本发明对浸泡处理后的衬底进行干燥处理，得到浸胶衬底。在本发明中，所述干燥方式优选包括悬挂晾晒。本发明优选将浸泡处理后的衬底干燥至半干，即用手接触有粘度但不是很浸湿的状态。在本发明中，所述浸胶衬底的含水量为60～80％。

得到浸胶衬底后，本发明将西红柿皮粉平铺在浸胶衬底表面后，进行干燥处理，得到含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜。

本发明将西红柿皮粉平铺在浸胶衬底表面，得到滤膜前体。

在本发明中，所述西红柿皮粉优选通过西红柿皮烘干后粉碎研磨得到；所述西红柿皮粉的粒径优选为100～200目，进一步优选为120～180目，更优选为140～160目。本发明优选将西红柿皮粉的粒径控制在上述范围内，有利于提高滤膜的截留性能。

本发明对平铺的具体实施方式没有特别限制，采用本领域技术人员所熟知的平铺方式即可。

在本发明中，所述西红柿皮粉平铺在浸胶衬底表面，在浸胶衬底表面形成西红柿皮粉层，所述西红柿皮粉层的厚度优选为0.3～0.5mm。

在本发明中，当所述西红柿皮粉层中掺加凹凸棒土时，所述防霾口罩滤膜的制备方法与上述不掺加凹凸棒土的滤膜制备方法类似，区别仅在于，将西红柿皮粉和凹凸棒土混合后平铺在浸胶衬底表面，得到含有凹凸棒土的滤膜前体。在本发明中，所述掺加凹凸棒土的西红柿皮粉层厚度优选为0.3～0.5mm。

在本发明中，所述凹凸棒土优选为天然凹凸棒土，本发明对凹凸棒土的来源没有特别限制，采用市售凹凸棒土即可。在本发明中，所述凹凸棒土的用量以满足前述技术方案所述西红柿皮粉和凹凸棒土的质量比即可。

得到滤膜前体后，本发明对滤膜前体进行干燥，得到含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜。

在本发明中，所述干燥的方式优选为烘箱烘干，所述干燥的温度优选为100～110℃，所述干燥的时间优选为1～1.5h。在本发明中，所述含有西红柿皮粉层的防霾口罩滤膜的含水量优选≤20％。

本发明还提供了上述技术方案所述防霾口罩滤膜或者上述技术方案所述制备方法制备得到的防霾口罩滤膜在防霾口罩中的应用。

在本发明中，所述防霾口罩优选包括绿盾口罩或3m口罩。

本发明对防霾口罩滤膜在防霾口罩中的应用方式没有特别限制，采用本领域技术人员所熟知的应用方式即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

制作西红柿皮：采用医用透气胶布将小块西红柿皮展开并粘接起来，采用细缝衣针在西红柿皮表面打孔，所打的微孔直径为0.1mm左右，细针打孔的西红柿皮打孔密度为≥50个/cm²；

采用两层西红柿皮作为滤膜，各层西红柿皮间以一次性纸质医用口罩隔开，按照一次性纸质医用口罩、西红柿皮、一次性纸质医用口罩、西红柿皮、一次性纸质医用口罩的方式叠加形成立体结构，得到防霾滤膜。

实施例1提供的防霾滤膜结构如图1所示，图1中灰色代表西红柿皮层，方格代表一次性纸质医用口罩。

实施例2

将糯米胶用水调制成稀薄且仍有显著粘性的状态，糯米胶与水的体积比为2∶1，得到胶水，然后将医用纱布浸在胶水中，充分浸泡后悬挂晾至半干，即用手接触有粘度但不是很浸湿的状态，得到浸胶纱布，其中浸胶纱布的含水量为70％左右；

将粒径为100目的西红柿皮粉平铺在浸胶纱布表面，在浸胶纱布表面形成西红柿皮粉层，所述西红柿皮粉层的厚度为0.3mm，得到滤膜前体；

将滤膜前体在105℃的烘箱中烘干1小时，取出烘干的滤膜前体并抖落掉落的粉末，得到防霾滤膜。

实施例2提供的防霾滤膜结构如图2所示，图2左侧深色粉末代表西红柿皮粉，图2右侧灰色层代表西红柿皮粉层，方格代表医用纱布。

实施例3

将糯米胶用水调制成稀薄且仍有显著粘性的状态，糯米胶与水的体积比为2∶1，得到胶水，然后将医用纱布浸在胶水中，充分浸泡后悬挂晾至半干，即用手接触有粘度但不是很浸湿的状态，得到浸胶纱布，其中浸胶纱布的含水量为70％左右；

混合天然凹凸棒土和西红柿皮粉末，形成混合粉末，其中天然凹凸棒土和西红柿皮粉末的质量比为2∶1，西红柿皮粉的粒径为100目；

将上述混合粉末平铺在浸胶纱布表面，在浸胶纱布表面形成掺加天然凹凸棒土的西红柿皮粉层，所述掺加天然凹凸棒土的西红柿皮粉层的厚度为0.5mm左右，得到滤膜前体；

将滤膜前体在105℃的烘箱中烘干1小时，取出烘干的滤膜前体并抖落掉落的粉末，得到防霾滤膜。

实施例3提供的防霾滤膜结构如图3所示，图3左侧深色粉末代表西红柿皮粉，白色粉末代表天然凹凸棒土，图3右侧浅灰色层代表西红柿皮粉层，其中西红柿皮粉层包括西红柿皮粉和天然凹凸棒土，方格代表医用纱布。

空白试验：

采用两个容积为0.1m³左右的泡沫箱体，上下叠放。底部泡沫箱体中放置老式发烟蚊香持续烟熏，制作霾污染箱。在底部箱体的顶部开凿小孔，并在上部箱体的开孔处，用汉王霾表m1测定不同时间的pm2.5浓度。

应用例1

采用两个容积为0.1m³左右的泡沫箱体，上下叠放。底部泡沫箱体中放置老式发烟蚊香持续烟熏，制作霾污染箱。在上部箱体的底部和下部箱体的顶部开凿小孔，分别以实施例1得到的防霾滤膜、实施例2得到的防霾滤膜、实施例3得到的防霾滤膜、市售防霾口罩滤膜和市售一体化防霾口罩封住小孔，并在上部箱体的开孔处，用汉王霾表m1测定不同时间的pm2.5浓度，以上部箱体开孔处pm2.5浓度来表征不同滤膜的截留性能。测试结果如表1所示：

表1上部箱体开孔处pm2.5浓度(μg/m³)随时间测试结果

在测试过程中，实验1h后，下部箱体中pm2.5浓度已经超过999.99μg/m³，pm2.5浓度已爆表，随着时间的延长，下部箱体中的发烟蚊香持续产生烟气，使得下部箱体中的pm2.5浓度已远远超过999.99μg/m³。

由表1测试结果可知，对于实施例1提供的防霾滤膜：在pm2.5浓度远高于999.99μg/m³的污染环境中放置0～3h，滤膜透过的pm2.5浓度最高为71.84μg/m³，滤膜透过的pm2.5水平相当于空气质量级别为二级，空气质量状况属于良；放置3-5h，滤膜透过的pm2.5浓度最高为144.05μg/m³，滤膜透过的pm2.5水平相当于空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染；放置6-12h，滤膜透过的pm2.5浓度最高为110.38～186.9μg/m³，滤膜透过的pm2.5水平相当于空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。

对于实施例2提供的防霾滤膜：在pm2.5浓度远高于999.99μg/m³的污染环境中放置4h内，空气质量级别为二级，空气质量状况属于良；放置5-6h的空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染；放置12h的空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。

对于实施例3提供的防霾滤膜：在pm2.5浓度远高于999.99μg/m³的污染环境中放置5h内，空气质量级别为二级，空气质量状况属于良；放置6-12h的空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染；放置12h的空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。

由此可知，本发明提供的防霾滤膜能够有效地阻挡pm2.5，使上部箱体中pm2.5浓度明显低于其它滤膜阻挡下的pm2.5浓度。由此可知，本发明提供的防霾滤膜截留性能较好。另外，本发明提供的滤膜含有西红柿皮，属于天然可降解物质，具有环保的优点。

应用例2

在冬季重度雾霾天气中，以封闭式空的泡沫箱放于室外环境中，泡沫箱顶部开孔，分别以实施例1得到的防霾滤膜、实施例2得到的防霾滤膜、实施例3得到的防霾滤膜、市售防霾口罩滤膜和市售一体化防霾口罩封口，1小时内的pm2.5浓度按三次读数取平均值计，在不同时间测定箱内pm2.5浓度，根据箱子内外环境pm2.5浓度可计算滤膜对pm2.5的截留率，以截留率表征滤膜对pm2.5的截留效果。截留率＝(箱子外部环境中pm2.5浓度-箱子内部环境中pm2.5浓度)/箱子外部环境中pm2.5浓度。测试结果如表2所示：

表2不同滤膜对pm2.5的截留率

在本发明中，测试是在室外进行，箱体外部pm2.5浓度随着时间变化会发生变化，所以本发明测试的是某个时间段pm2.5浓度的最高值和最低值。

由表2测试结果可知，本发明提供的防霾滤膜对pm2.5的截留率较高，可达99％，远高于市售防霾口罩对pm2.5的截留率。

应用例3

在冬季重度雾霾天气中，以封闭式空的泡沫箱放于室外环境中，泡沫箱顶部开孔，分别以实施例1得到的防霾滤膜、实施例2得到的防霾滤膜、实施例3得到的防霾滤膜、市售防霾口罩滤膜和市售一体化防霾口罩封口，采用全碳分析仪(drimodel2015)测定不同时间点泡沫箱封口处滤膜外侧和滤膜内侧上的黑炭量，计算不同时间点滤膜对黑炭截留率。截留率＝(箱子外部环境中黑炭浓度-箱子内部环境中黑炭浓度)/箱子外部环境中黑炭浓度。测试结果如表3所示：

表3不同滤膜对黑炭的截留率

在本发明中，测试是在室外进行，箱体外部黑炭浓度随着时间变化会发生变化，所以本发明测试的是某个时间段黑炭浓度的最高值和最低值。

由表3测试结果可知，本发明提供的防霾滤膜对pm黑炭的截留率较高，可达99％，远高于市售防霾口罩对黑炭的截留率。

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。