石墨烯新應用:石墨烯空氣過濾器

美國萊斯大學科研人員將激光誘導的石墨烯(LIG)轉變為自我消毒的過濾器,該過濾器可以將病原體從空中捕獲,并用電脈沖將其殺死。


根據該研究團隊發表在美國化學學會期刊ACS Nano中的論文描述,該設備可捕獲由液滴、氣溶膠和顆粒物攜帶的細菌、真菌、孢子、病毒、內毒素和其他生物污染物。然后,過濾器會定期加熱到攝氏350度(華氏662度),防止微生物和其他污染物的擴散。該型過濾器的功率較小且能夠在幾秒內加熱和冷卻。

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激光誘導石墨烯空氣過濾器示意圖


LIG是薄層碳原子導電泡沫,是通過用工業激光切割機加熱普通聚酰亞胺片表面合成的。為使其適合用作過濾器,在聚酰亞胺的兩側采用激光構建石墨烯,從而留下精細三維晶格以增強石墨烯泡沫。在不同溫度下進行激光構建會形成致密的石墨烯纖維林,其下方通過薄片相互連接。通電產生的焦耳熱會將過濾器的溫度提高到300℃以上,足以殺死捕獲的病原體。

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微米級石墨烯片形成的兩層的空氣過濾器


該團隊使用商業真空過濾系統對LIG過濾器進行了測試,以每分鐘10升的速度吸入空氣90小時,發現采用焦耳加熱過濾病原體和副產物的過濾器與未加熱的對照LIG過濾器不同,通過將用過的過濾器放入培養基中培養130小時后,他們發現焦耳加熱的過濾單元上沒有細菌生長。該論文的作者萊斯大學二年級大學生約翰·李(John Li)與博士后研究員Michael Stanford認為:“在LIG過濾器下游的膜上進行的細菌培養實驗表明,細菌無法滲透LIG過濾器。同時,與傳統過濾器相比,LIG過濾器可以減少更換頻率。”

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氣流細菌捕獲示意圖和結果


據美國疾病預防控制中心的數據,患者在住院期間有三分之一的可能被潛在的抗生素耐藥性感染。


研究人員認為一個獨立定制的LIG過濾器的效率可以取代目前美國醫院通風系統標準所要求的兩個過濾床。同時該型過濾器也可用于其他空氣過濾領域。


據預測,到2050年,每年將有1000萬人死于抗藥性細菌。長期以來世界一直需要某種方法來減輕病原體及其相關有害產品的空中傳播。這種LIG空氣濾清器可能是防御的重要組成部分。



信息來源:萊斯大學官網

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