一种高效过滤粉尘及CO防毒口罩的制作方法

本实用新型涉及口罩领域，具体涉及一种高效过滤粉尘及co防毒口罩。

背景技术：

在一些密闭空间，如飞机，潜艇，航天器等地方会产生co气体及易富集空气中的有毒有害的细小颗粒。当空气中的co含量大于50ppm，便会使人有明显中毒反应。这是由于co极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，并且co对全身的组织细胞均有毒性作用，其中对大脑皮质的影响最为严重，严重时会致人死亡。就当前的条件而言，co氧化脱除需要的温度高，能耗大，而且还会发生爆炸事故。

为了消除工作环境中的低浓度的co，研发人员做了大量的工作，但是无外乎是三种方法。一是物理吸附，使混有co的空气通过活性炭，利用活性炭具有大比表面积和强吸附能力来过滤掉混杂的co和粉尘，但是效果不是很好，仍会有相当一部分co逸出，清除的效果也取决于活性炭的优劣；二是化学吸附，让混合气体通过特定的化学试剂来去除co，但也达不到百分百转化，并且成本高。又或者使混有co的空气通过催化剂，也就是使co氧化成co2。目前很多贵金属催化剂，如纳米型铂催化剂和纳米型au催化剂等都能使得co在常温百分百转化（j.am.chem.soc.2016,138,16130-16139），但是由于贵金属催化剂耐水性差，很容易失活，目前尚未有很好的方法使得贵金属催化剂运用于co过滤材料，尤其是口罩这一领域；三是物理吸附和化学吸附付共同作用，采用这种方法是可以将co完全消除，目前市面上的主流便是采用活性炭和化学试剂组成的催化体系。其原理是，通过活性炭去除掉大部分的co，然后又经过特定的化学试剂将剩余的co给去除掉。

研究人员通过以上方法成功研究出消除co的防毒面具，但是那些面具也同样存在着一些缺陷：每个防毒面具都携带了一个滤毒罐，滤毒罐里面装满了上述所说的活性炭以及少量的化学试剂，也就是说主要通过物理吸附吸收co气体。因此造成面具的质量很大，佩戴不便。又因为活性炭吸收co是物理吸附，所以需要时常更换滤毒罐，使用成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有防毒面具质量大，成本高的缺点，从而提供一种轻便，低成本的高效过滤粉尘及co防毒口罩。本实用新型口罩设置了co过滤层，包括聚氨酯膜和au催化剂，进而实现在对粉尘颗粒充分隔离的同时，并将co去除。本实用新型口罩具有结构简易，佩戴方便等优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

本实用新型所述的一种高效过滤粉尘及co防毒口罩，包括口罩本体及安装在口罩本体进出气口的co过滤层，所述co过滤层为口罩的核心，分为三层，内层为聚氨酯膜，中间层为au催化剂，外层也为聚氨酯膜。

进一步地，所述的中间层为棋盘状的方格构成，各方格中间放置au催化剂，方格的边框为粘连材料，与内、外层的聚氨酯膜粘连在一起。所述的粘连材料可以为熔融状态下的聚氨酯。

进一步地，所述的co过滤层可以根据所需大小进行相应的拼接及裁剪。

本实用新型口罩本体设置有与脸部贴合的贴合边，为了使得口罩更好与脸部贴合，贴合边采用不透气的塑料。

进一步地，所述的口罩本体设置有滤毒盒，co过滤层可以设置为分体式可拆卸结构，co过滤层装于滤毒盒，方便更换，且滤毒盒与塑料紧密相连。

本实用新型所述的co过滤层材料，包括聚氨酯膜，au催化剂。热塑性聚氨酯先用dmf（n，n-二甲基甲酰胺）溶解，然后再将其制成所需聚氨酯膜的大小及形状，并将au催化剂置于设计的方格中间，方格边沿再用熔融状态下的聚氨酯涂匀，使au催化剂固定在两层聚氨酯膜之间。并且可以根据所需的材料大小，进行相应的拼接。之后置于80℃烘箱5分钟，便制成co防毒口罩的材料。

当混有co的空气通过聚氨酯膜层时，由于聚氨酯膜孔径仅为1-2微米，不但可以去掉空气中的细小颗粒，也可以防水。过滤后的气体会和聚氨酯膜间的au催化剂接触，混杂在空气中的co便会立即反应掉。本实用新型口罩采用无毒且轻便的材料制作而成。

所述的聚氨酯膜的质量所需的质量很小，一般为4g左右，也可以根据口罩的大小改变。

本实用新型与现有技术比较的特点：首先，所采用的材料为廉价的聚氨酯，每公斤不到70元，而放入一般大小的口罩中所需的聚氨酯只要4克左右，并且聚氨酯可以循环利用，避免浪费；其次，合成周期短且合成方法简单，只需将聚氨酯和dmf（n，n-二甲基甲酰胺）混合溶解，再加入少量致孔剂碳酸氢铵，然后在温水中超声，由于碳酸氢铵在30℃便会大量分解产生气体，使得聚氨酯溶液间产生大量细小孔道，里面的dmf溶液便会分布在孔道间，而又由于dmf极易与水互溶，使得水会占据原本dmf的空间，超声便加速了这一过程的进行，使得孔道与孔道交错相连，便制成所需的多孔透气聚氨酯膜，并且可以通过加入致孔剂的量来控制孔径大小，而这也适用于大批量生产，聚氨酯和dmf均可以回收。最后，聚氨酯膜包裹au催化剂后的质量也很小，是市面上的co滤毒罐的质量几十分之一，并且大部分原料可以进行回收，且使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型防毒口罩的外观结构示意图。

图2为本实用新型co过滤层横截面结构示意图。

图3为本实用新型co过滤层纵截面结构示意图。

图4为本实用新型au纳米催化剂的co氧化活性图。

图5为本实用新型催化剂的寿命评价图。

图6为本实用新型聚氨酯膜的sem图。a为膜表面，b为膜剖切面，c为膜纵切面，d为膜纵切面局部图。

图7为本实用新型聚氨酯膜的主示意图。

图8为本实用新型聚氨酯膜包裹au催化剂的其中一种棋盘状的主示意图。

图9为本实用新型聚氨酯膜包裹au催化剂以及空白聚氨酯的co氧化活性图。

图中，1为口罩本体、2为贴合边、3为滤毒盒、4为co过滤层、5为聚氨酯膜、6为au催化剂、7为聚氨酯液体、8为调节皮筋。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

如图1所示，本实用新型是一种高效过滤粉尘及co防毒口罩，包括口罩本体1，并在口罩本体1上设置与脸部贴合的贴合边2，贴合边2与滤毒盒3无缝相连，co过滤层4装在滤毒盒中，贴合边2采用的是不透气的塑料，并做成拱形与脸部相合，滤毒盒3位于口罩本体1中间。co过滤层4分为三层，第一层为聚氨酯膜5，第二层为au催化剂6，第三层为聚氨酯膜5，并用熔融状态下的聚氨酯液体7固定。在贴合边2上设置有调节皮筋8。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

（1）au纳米催化剂所采用的是传统的高活性的au/tio2。

采用沉积沉淀法制备au/tio2。首先，取0.02ghaucl4加入60mlh2o中溶解，并用1m的氢氧化钠溶液调节溶液ph至9.7，然后再将1g二氧化钛加入溶液中，此时溶液为悬浮液，将此悬浮液置于70度的水浴中并磁力搅拌2小时，冷凝回流。待反应结束，静置室温，离心并用去离子水洗涤直至没有氯离子，用硝酸银检测。之后置于40℃的真空干燥箱中，过夜。将处理后的au催化剂放于马弗炉中，并且以2℃/min的升温速率升温至250℃，并且保持两小时，后取出置于通惰性气体的干燥器中，待用。图2表示au纳米催化剂的活性

取au催化剂于石英管中做co活性测试，将其余的au/tio2放于干燥器保存待用。

将马弗炉的温度按程序分别设为5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，40℃，50℃，依次升温以进行co活性测试，发现在温度为5℃时，co便已反应完全，并且保持在5℃温度下，进行三次重复测试，co依然反应完全。之后进行升温，直至50℃，co还是完全反应。

并对催化剂进行寿命评价，如图3所示。

将上述同一根装有au催化剂的石英管放置于空气中，并且每天于25℃下进行co活性测试，发现在前4周，co依然可以达到百分百去除，直至第五周才开始下降。

（2）聚氨酯膜的制备。

先取4g热塑型聚氨酯，滴加6ml的dmf，置于80℃的油浴锅搅拌溶解。待溶解后，静置降温，再加入1g的致孔剂碳酸氢铵，再次搅拌并于温水中超声，即形成所需的多孔透气聚氨酯膜。

图4表示聚氨酯膜的sem图。

取上述所制得的聚氨酯膜的一小片，分别对它的剖切面，纵切面，膜纵切面的局部图以及膜表面进行电镜扫描；从图3可以明显观察到此聚氨酯膜内部分布着孔道，且互相连通。a图表示膜表面分布着孔径大小不一的孔，但多为1-2微米。bcd图表示聚氨酯膜的内部疏松多孔，表明聚氨酯膜是一种多孔透气的材料。

图5为制成的聚氨酯膜的主观图。

图6为聚氨酯膜包裹au催化剂结构示意图。

图7为聚氨酯膜包裹au催化剂co氧化活性图。

将包裹了au催化剂聚氨酯膜放入蝶阀，并将马弗炉的温度按程序分别设为5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃,40℃，50℃，依次升温以进行co活性测试，发现从5℃至50℃，co都反应完全。