活性炭和活性炭纤维在防护口罩中的应用

效活性炭布组成， 可有效阻隔空气 中的微粒飘尘， 吸附各种工业废气
性挥发物、农药、ＳＯ ２、Ｃｌ２ 等刺激性 性挥发物的化工物质场所， 活性炭 气体的场合， 防毒、除 臭 效 果 显 著 。 纤维防护口罩能起到普通口罩不能
如苯、甲醛、氨气等 ， 减 低 有 害 气 体 主 要 品 种 包 括 ： ４ 层 、６ 层 、８ 层 和 ９ 起的作用， 有效防止 ５ μｍ 以下的
形成分子筛从而达到分离目的。
高过滤效率的过滤介质。非织造布
（ ４） 吸 附 层 薄 ， 可 以 使 设 备 更 有很多类型， 其中针刺非织造布、浸
加小型化。
渍法化学粘合非织造布、湿法非织
（ ５） 强度大， 不易粉化， 二次污 造布、水刺法非织造布、纺粘法非织
染小， 同时纯度高， 杂质少。
造布和熔喷法非织造布等都对颗粒
―
防护装备， ２００３
（ ３） ： １５～１６
罩、３Ｍ 杯型活性炭口罩等。其中平
活性碳纤维防护口罩的主要特 纤维制成活性炭纤维口罩， 除了延
面活性炭口罩 结 构 由 两 层 无 纺 布 、 点是： 具有防毒、滤菌、除臭、阻尘等 长 使 用 时 间 ， 还 具 有 防 毒 、滤 菌 功
内 夹 一 层 超 细 熔 喷 滤 纸 和 一 层 高 功效； 特别适用于含有有机气体、酸 能。在含有大量有机气体、农药、酸
１９６２ 年， 美国专利首次涉及到 活 性 炭 纤 维 技 术 ， Ａｂｂｏｔｔ 以 粘 胶 纤 维为原料， 进行炭化和活化等处理 后成功地制成了活性炭纤维； 同年， 日本进藤以特种聚丙烯酯为原料， 制得 ＰＡＮ 基活 性炭纤维； １９７２ 年， Ａｒｏｎｓ 和 Ｍａｃｎａｉｒ 以 酚 醛 为 原 料 制 得活性炭纤 维； １９７５ 年， 日本东洋 纺织公司制成高性能粘胶基活性 炭 纤 维 和 再 生 活 性 炭 纤 维 ； １９８３
年， 日本炭素公司和尤尼吉卡公司 工作人员起不到防护作用， 更谈不
开 发 生 产 沥 青 基 活 性 炭 纤 维 ； １９７７ 上阻挡飞沫和空气中传播的病毒。
年， 商品粘胶（ 纤维素） 基活性炭纤 ３．２ 防护口罩的分类
维 问 世 ， 其 后 聚 丙 烯 腈 （ ＰＡＮ ） 基 、
（ １） 普通脱脂纱布口罩
活性炭口罩有平面活性炭口
口罩名称
过滤效率 透过率
层数
％
％
活性炭纤维 ― ８２．６～９４．７ ＜ １８
８
５．４ ９４．６
普通纱布口罩 １２
５．６
９４．４
１６ １０．４ ８９．６
碘吸附量 ｍｇ ／ｇ
≥８５０
―
苯吸附率 ％
备注
引自国家劳动
保护用品质量
≥３０
监督检验中 心、国家煤炭
科学研究总院
定期检测报告
引自中国个体
１ 前言
活 性 炭 （ ＡＣ） 是 一 种 具 有 多 孔 结构和大的内部比表面积的材料。 活性炭由于其大比表面积、微孔结 构、高吸附能力和高表面活性而成 为独特的多功能吸附剂。
活 性 炭 纤 维 （ ＡＣＦ） 是 ２０ 世 纪 ７０ 年 代 开 发 出 的 新 型 功 能 性 吸 附 材料， 它采用有机纤维为原料， 经碳 化、活化后制成。ＡＣＦ 的孔结构分 布基本上呈单分散型， 主要由小于
叠， 并且排列成网可以做到透气不 炭纤维材料做 滤 芯 ， 加 上 有 一 定 防 纤维筒式滤芯来吸附。空气净化器
透水， 耐酸碱， 无毒， 防潮。
尘 作 用 的 无 纺 布 内 罩 和 纯 棉 布 外 设计成 ４ Ｌ ／ｍｉｎ， 即能满足医院的
（ ４） 纳米材料口罩
罩， 组成一个 ３ 级过滤系统。该系统 要求。
的 １．５～１０ 倍。
发现在纺织材料中由于机织和针织
（ ３） 孔径分 布 窄 ， 且 主 要 以 微 织物都是二维交织而成的结构， 使
孔为主， 孔径小和力场重叠的特点 得它们难以对微尘粒子进行有效
对低浓度物质有较好的分离作用， 屏蔽和过滤， 因此选用了呈三维立
并且可以通过各种手段来调节孔径 体且具微孔结构的非织造布作为
效过滤材料， 具有过滤效率高、空气
３．１ 防护口罩现状
阻力小、耐腐蚀等优点， 并且与其他
由于我国刚刚颁布防护口罩的 材料进行复合后使用效果更好。其
技术标准， 所以目前市场上口罩的 特 点 是 ： 纤 维 直 径 为 ３００ ｎｍ， 通 过
质量、性能良莠不齐。现在医院使 驻极， 可以提高过滤效率， 同时不影
２ 活性பைடு நூலகம்及活性炭纤维的发展
２．１ 活性炭的发展 １８ 世纪末， 人们发现了木炭具
有吸附能力， 这一发现导致木炭于 １７９４年 在 英 国 精 制 糖 厂 首 次 获 得 工 业应用。后来人们又在各种原料制 成的活性炭中， 发现椰子壳活性炭 具有最出色的吸附性能， 并且它的 质地致密坚固， 这种材料一战中被 用于防毒面具， 它是当时能得到的 唯一的高级吸附剂 。１９００ 年， 奥斯 特雷杰科发明了氯化法生产活性 炭的工艺， 开辟了活性炭生产的现 代工艺新途径， 随着化学工业的迅 速发展， 活性炭的研究和应用得到 了很大的扩展。现在， 活性炭作为 一种孔隙发达的材料， 已被广泛应 用于分离、精制、催 化 剂 、试 剂 回 收 及防护装备中， 特别是在环境治理 方面得到了广泛应用。 ２．２ 活性炭纤维的发展
与吸附质接触面积大且可以均匀接 到的。
触， 增加了吸附几率， 提高了吸附材
（ ２） 非织造布过滤材料口罩
料的利用率。
随着科技的发展， 非织造布的
（ ２） 外表面积大， 吸附、脱附速 出现为防护用品提供了更为可靠的
度快， 约为活性炭的 １０～１００ 倍； 吸 选择。通过对各种材料的组合方式
附容量大， 吸附效率高， 约是活性炭 进行反复细致的研究、试验和摸索，
酚醛基、沥青基 相 继 实 现 工 业 化 生
普通脱脂纱布口罩是经纬纱线
产。
交织而成， 单层孔径很大， 须靠多层
２．３ 活性炭纤维的优点
叠加来增加过滤效率， 但是纱布的
活性炭纤维与粒状活性炭相比 结构特点决定其只能够阻止介质颗
具有以下优点：
粒直径较大的粉尘及病菌， 要高效
（ ｌ） 纤维直径一般为 １０～１３ μｍ， 阻隔、捕集微细病毒颗粒， 是难以达
表 １ 活性碳纤维防护口罩与普通纱布口罩的性能对比
而可以有效地阻挡飞沫进入口罩 内层， 而且纳米材料所含的银抗菌 离子可以有效地杀死病菌。 ３．３ 活性炭在防护口罩中的应用
防毒面具、口罩和防护服是活 性炭应用最早的形式。根据不同的 环境状况， 有的活性炭还需要经过 化学药品的处理， 添加不同的催化 剂， 才能对有害气体进行有选择的 吸附。
用的大部分口罩只能防尘， 对医务 响气流阻力； 纤维中超细纤维随机
１８ ２００５年第 ６ 期 中国个体防护装备
综述
Ｃｈｉｎａ Ｐｅｒ ｓｏｎａｌ Ｐｒ ｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ＣＰＰＥ
排列， 形成大量微小孔隙， 纤维重 口罩（ 见表 １） 。由于口罩采用活性 实施， 将活性炭纤维加工成活性炭
随着活性炭纤维制备工艺的发
应用
（ １） 对 生 物 和 细 菌 有 良 好 的 展， 我们可以制备出具有高吸附量、
活性炭纤维防护口罩由活性炭 吸 附 能 力 ， 对 细 菌 的 抑 菌 率 可 达 高抑菌率、小直径、应用时间长等优
纤维内芯、无纺布内罩、白色纯棉布 ９６％～９９％。对低浓度的吸附质有很 点的医疗应用口罩。活性炭纤维将
外罩和鼻夹组成。这种口罩的性能 高的吸附量。在医院， 尤其在病房 会越来越被人们认识和认可， 也必
和适用范围都远远超过了普通纱布 中， 空气净化器可以用负压操作来 将会迎来广阔的市场前景。
２００５年第 ６ 期 中国个体防护装备 １９
０．２ ｎｍ 的微孔组成， 微孔含 量 多 达 ９０％以上。根据原料或 活化条件的 不同还有少量中孔， 但是没有大孔， 微孔由纤细的毛细管壁构成， 大量 的微孔使 ＡＣＦ 的表面积增大， 故吸 附能力也随之加强。纤维直径小， 吸附质扩散路径短， 使其对吸附质 显现出良好的动力学特征， 吸附、脱 附速率相当快。
纳米材料口罩是中国科学院化 能有效阻挡直径比较小的有害气体
（ ２） 通常病毒的大小在几十纳
学研究所所属中科纳米科技中心专 或微粒侵入人体， 从而达到防尘、防 米左右， 普通纱 布 口 罩 在 使 用 几 个
家采用纳米材料制成， 其织物表面 毒、防化和防菌的综合效果。
小时后就必须更换。如果将活性炭
具有超强的疏水性能， 油性、水溶性 等物质均不直接黏附在材料上， 从
为开发出能够达到较高防护能 力的口罩， 必须选择能够对微粒有 高效过滤效率的过滤介质。防毒面
２００５年第 ６ 期 中国个体防护装备 １７
综述
ＣＰＰＥ Ｃｈｉｎａ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
具、口罩和防护服是活性炭最早的 应用形式。活性炭纤维作为口罩的 过滤系统能有效阻挡粒径较小的有 害气体或微粒侵入人体， 从而达到 防 尘 、防 毒 、防 化 和 防 菌 的 综 合 效 果。
（ ６） 体密度小， 蓄热少， 操作安 有较好的过滤效果， 并且各项试验
全。
数据显示： 熔喷法非织造布能达到
（ ７） 良好的 成 型 性 ， 可 以 做 成 国家标准规定的过滤效率指标。
各种形态的吸附剂。
（ ３） 超微细纤维高效滤布材料
３ 活性炭、活性炭纤维在防护口罩 中的应用
口罩 超微细纤维熔喷材料是一种高
对 人 体 呼 吸 系 统 造 成 的 伤 害 。３Ｍ 层活性 碳纤维纱 布 口 罩 ， 活 性 碳 纤 飘尘和由呼吸道传播的多种病菌。
杯型活性炭口罩吸附性能更优越， 维弧形口罩， 活性碳纤维杯形口罩，