[發明專利]一種細顆粒物過濾結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310717668.3
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103657276A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 吳文剛;諶灼杰;毛海央
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B01D46/00
• 分類號: B01D46/00;B32B3/24;B32B27/16;B32B37/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種多層PM2.5過濾結構及其制備方法，屬于材料和MEMS的交叉技術領域。

背景技術

PM2.5也稱細顆粒物，是直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。由于PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質，且能夠在空氣中停留很長的時間、屬性距離遠，對大氣環境質量影響非常大，同時還可以隨著人們的呼吸而進入體內，在氣管或肺等呼吸系統重要部位積聚，嚴重損害人體健康。

有氣象專家和醫學專家認為，由細顆粒物造成的灰霾天氣對人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。顆粒物的大小決定了它們最終在呼吸道中的位置。較大的顆粒物往往會被纖毛和黏液過濾，無法通過鼻子和咽喉。然而，粒徑小于10微米的顆粒物即PM10，可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡。而粒徑小于2.5微米的PM2.5，比表面積大于PM10，更易吸附有毒害的物質。由于體積更小，PM2.5具有更強的穿透力，可能抵達細支氣管壁，并干擾肺內的氣體交換。研究表明，PM2.5會導致動脈斑塊沉淀，引發血管炎癥和動脈粥樣硬化，最終導致心臟病或其它心血管問題。PM2.5也可能通過肺部傳遞影響其它器官，粒徑更小的PM2.5還可以穿過細胞膜，到達包括大腦在內的其它器官，引發老年癡呆等腦損傷疾病。

人體的生理結構決定了人體對PM2.5沒有任何過濾、阻攔能力，而PM2.5對人類健康的危害卻隨著醫學技術的進步，逐漸暴露出其恐怖的一面。研究證實，當空氣中的PM2.5的濃度長期高于10μg/m³，就會帶來死亡風險的上升。濃度每增加10μg/m³，總的死亡風險會上升4%，心肺疾病帶來的死亡風險上升6%，肺癌帶來的死亡風險上升8%。每個人平均每天要吸入約1萬升的空氣，進入肺泡的微塵會被迅速吸收、不經過肝臟解毒而直接進入血液循環分布到全身各處，進而損害血紅蛋白輸送氧的能力，造成血液喪失，對貧血和血液循環障礙的病人來說，這種情況可能會產生非常嚴重的后果，例如可能加重呼吸系統疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠狀動脈等心臟疾病。此外，PM2.5極易吸附多環芳烴等有機污染物和重金屬，使致癌、致畸、致突變的幾率明顯升高。鑒于此，如何有效地阻擋PM2.5通過口鼻進入人體危害人體健康就成為了一項具有重大意義的工作。

發明內容

本發明的目的是提供一種多層PM2.5過濾結構及其制備方法，本發明多層PM2.5過濾結構利用聚合物層實現多個微小顆粒過濾結構層的相互鍵合，使空氣多次通過縱/橫向納米纖維層，進而達到高效空氣凈化的目標；本發明PM2.5過濾結構制備方法簡單，可與常規MEMS工藝相兼容，材料的選擇范圍大，結構的應用安全可靠。

本發明所提供的一種多層PM2.5過濾結構，包括若干微小顆粒過濾結構層（1301）和若干聚合物層（1302），每2層所述微小顆粒過濾結構層（1301）之間鍵合一層所述聚合物層（1302）；

所述微小顆粒過濾結構層包括一基底（101），所述基底（101）上設有貫通其上端面和下端面的空氣流通腔體（701）；所述基底（101）的上端面上設有一鏤空結構層（102），所述鏤空結構層（102）包括設于其內的若干微米孔洞（201），且所述微米孔洞（201）貫通所述鏤空結構層（102）與所述空氣流通腔體（701）相連通；所述鏤空結構層（102）上于所述微米孔洞（201）的上部設有橫向納米纖維體（401）；所述鏤空結構層（102）上設有縱向納米纖維體（801），且所述縱向納米纖維體（801）覆蓋住所述橫向納米纖維體（401）；

所述聚合物層（1302）包括一聚合物材料體（1001），所述聚合物材料體（1001）上設有貫通其上端面和下端面的貫通孔洞（1101）；所述聚合物材料體（1001）的上端面和下端面上均設有粘附層（1201），所述聚合物材料體（1001）通過所述粘附層（1201）分別與相鄰所述微小顆粒過濾結構層（1301）的上端面和下端面進行鍵合。

上述的多層PM2.5過濾結構中，所述縱向納米纖維體（801）呈纖維狀垂直于所述基底（101）分布；

所述縱向納米纖維體（801）的平均間隙小于1μm。

上述的多層PM2.5過濾結構中，所述橫向納米纖維體（401）的平均間隙可為10nm～990nm。

上述的多層PM2.5過濾結構中，所述微米孔洞（201）的橫截面呈正方形、圓形或長方形；

所述微米孔洞（201）的孔徑可為1～20μm。

上述的多層PM2.5過濾結構中，所述聚合物層（1302）的材質為PDMS；

所述基底（101）的材質為硅；