一种可用于生物防护的空气过滤器

[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及一种空气过滤器，具体地说涉及一种可用于生物防护的空气过滤器。
[add] 背景技术
[0003] 空气过滤器广泛应用于电子、精密仪器仪表、机械、冶金、化工、纺 织、医药、生物工程、食品、化妆品等各个领域。因使用环境的不同，有多 种空气过滤器，根据过滤效率的不同，空气过滤器可分为高效过滤器、中效 过滤器、粗效过滤器等。其中粗效过滤器一般采用复合纤维、非织造布等作 滤料。中效过滤器一般选用聚丙烯滤材、非织造布或玻璃纤维作滤料，可用 于一般空调系统的净化过滤，中效、粗效过滤器还可以作为高效过滤器的前 置过滤器，以减少高效过滤器的负荷，延长其使用寿命。高效空气过滤器一 般选用玻璃纤维作滤材，具有过滤效率高、容尘量大、阻力小等特点。
[0004] 活性炭具有丰富的微孔、很大的比表面积、优异的吸附性能以及良好的 还原能力，是一种高效吸附材料，可以吸附和过滤空气中的异味臭气、烟 味、微小粒子，适用于各种空调通风系统，能有效洁净空气。市面上有采用 超细合成纤维，配备优质活性炭的空气过滤器，据称能有效吸附和过滤尘 螨、花粉、细菌、油烟、臭气异味。这种空气过滤器一般为一级过滤结构。
[0005] 市面上也有一些两级过滤结构的空气过滤器。如HAF的粗高效复式过滤 器，其结构分粗效过滤器和高效过滤器两部分，粗效过滤器选用化纤类物料 作为滤材，首先将气体中15微米以上的尘粒滤掉，从而减轻高效过滤器的负 荷。高效过滤器选用滤纸或滤布作为滤材，可达到过滤3～5微米的尘粒的效 果。其滤芯结构分筒式折叠型和方箱型。该过滤器为大流量，高效率，可做 风机或压缩机的人口过滤装置。还有一种KLQ空气过滤器，其滤芯由粗效的 一级方框空滤芯与高中效的二级方框空滤芯组成，滤材分别选用短纤维棉和 玻璃纤维棉，过滤精度分别为10μm和2μm，过滤效率达到98％和99.97％。 这些两级结构的空气过滤器，不能防护细菌、病毒等微生物。
[add] 发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种具有高效过滤性能的生物防护空气过滤器。本 发明的空气过滤器包括两级过滤结构，每级过滤结构含有高效滤材层和活性 炭吸附层。
[0007] 该空气过滤器的设计有两个特点：一是两级过滤结构，两级滤层之间按 135°夹角布设，减少盲区面积，降低针孔效应产生的概率，同时达到提高 总捕集效率的目的。滤材选择高效低阻玻璃纤维，它对低浓度亚微米级粉尘 有很高的捕集效率在99.99％，因其不含活性物质，因而通常被认为是所有无 机纤维中最安全的材料。二是吸附与过滤互补，每级过滤结构含有高效滤材 层和活性炭吸附层。根据活性炭微孔的孔径在0.5～50nm之间，单位材料中 微孔的总内表面积可高达(700～2300)m2/g和活性炭能够吸附某些空气微 生物的特点，在两级HEPA滤材之间设置了活性炭吸附层。该过滤器在 30L/min流量下使用初期最大压降为30mm±5mm水柱，透过率低于0.001％， 有效过滤时间最低可保证6h。三是具有杀灭病原体功能。第一级过滤结构中 的活性炭层中含有银离子，对微生物具有一定的杀灭作用，增强了过滤器的 防护效果。
[0008] 该过滤器用于给风系统中，对风压和风量要求较低，在120L/min气体流 量下有99.999％的过滤效果(油雾法或钠焰法)。过滤器采用罐式结构，从 进气口1到出气口6主要由以下材料组成：丙纶非织造布疏水层2、低阻高效 玻纤滤纸层3、具有银盐的活性碳层4、低阻高效玻纤滤纸层3、活性碳纤维 非织造布层5、丙纶非织造布疏水层2，见附图1。
[0009] 该过滤器结构设计的主要作用如下：
[0010] (1)丙纶非织造布疏水层2，因为生物气溶胶主要以雾气形式成为气溶 胶，当微生物浓度较大时，会发生聚集而沉降。以丙纶为第一隔离层，可以 降低气溶胶微粒中水分，提高微生物浓度促使其聚集沉降。
[0011] (2)低阻高效玻纤滤纸层3，玻璃纤维是目前最常见的价格低廉的高效 滤材，过滤效率一般在99.9％～99.999％之间，一般情况下。玻璃纤维在本过 滤器中起主要的过滤作用，在本过滤器中使用玻纤滤纸的效率为99.99％。
[0012] (3)银盐活性碳层4，该层采用0.1％的硝酸银蒸馏水溶液浸泡普通活性 碳，在一定的搅拌下加热烘培，使水分蒸发，将硝酸银固化于活性碳的表 面，活性碳对微生物的过滤作用不强，但是当微量通过玻璃纤维层的微生物 ——细菌或病毒，活性碳表面具有很多的微孔结构，微生物在微孔中吸附、 解离，小于0.3微米的微生物主要以布朗运动为主，活性碳的比表面积很 大，在一定程度上将微生物运动范围限制在该层，延长它们通过该层的时 间，同时活性碳层中的银离子具有一定的杀菌作用，对细菌、病毒等微生物 可进一步的阻隔和并在一定程度上杀灭。
[0013] (4)第二层低阻高效玻纤滤纸层3，由于微生物气溶胶对人体危害因微 生物种类差异很大，为防止烈性微生物对人体的危害，我们必须考虑小概率 事件，在活性碳层后设计第二层低阻高效玻纤滤纸层3，阻力增加一倍，效 率在99.999％以上，通常可以达到99.9999％(油雾法或钠焰法测定)，这样 在有效提高过滤效率的前提下，阻力提高不大，优于采用单层99.9999％的玻 璃纤维滤纸(这种类型的滤纸的阻力通常比99.99％的滤纸要高几倍以上)， 两层玻璃纤维实际上相当于两个过滤器串联为两级结构过滤。同时当该过滤 器用于较大气体流量的情况下，使用中一旦第一层玻纤滤纸层3发生针孔效 应，经过银盐活性碳层4重新分配气流量后，第二层玻纤滤纸3也可以起到较 好的防护作用，提高使用的安全性。
[0014] (5)活性碳纤维非织造布层5，活性碳纤维是将纺丝液中加入大量活性 碳，使活性碳发挥吸附作用，可用于敷料，该层的主要作用是阻挡玻纤微 粒，尽管很多研究者认为玻纤是一种安全的材料，但是也有少数学者认为玻 纤微粒会对人体产生一定的刺激，当在较高气流量的条件下，我们不排除有 微量玻纤微粒，所以使用活性碳纤维非织造布层起阻隔作用，另外活性碳纤 维非织造布也可与活性碳层起相近的作用
[0015] (6)第二层丙纶非织造布疏水层2，该层主要是为避免由于与人呼吸一 侧接近，不可避免的也会有一定的水蒸气，水蒸气进入过滤器，会降低过滤 器对微生物气溶胶污染侧的气体的过滤效果，同时痕量通过过滤器的微生物 也不能与水分结合，可以提高微生物沉降的可能性。
[0016] 本发明的空气过滤器采用了传统的防化学毒剂过滤器的外形，玻璃纤维 用托盘支撑，托盘通过过滤器上的加强筋固定，两带孔隔板夹活性炭层，用 弹簧压牢避免其散落，两玻璃纤维的托盘中放置丙纶非织造布疏水层和活性 碳纤维非织造布，该设计基本上不需要更改防化学毒剂过滤器的生产模具， 直接利用原有设备就能够生产。该过滤器主要用于微生物防护，过滤微生物 气溶胶，也可用于医药、生物工程等领域。
[add] 附图说明
[0017] 图1为本发明空气过滤器的结构示意图。
[0018] 图2为本发明空气过滤器的结构半剖面示意图。
[add] 具体实施方式
[0019]                实施例一空气过滤器的结构和性能检测
[0020] 本发明的空气过滤器的罐体11为圆柱形，内部结构从罐底到罐顶依次为 过滤器下盖7、丙纶非织造布疏水层2、低阻高效玻纤滤纸层3、隔板8、具有 银盐的活性碳层4、丙纶非织造布疏水层2、隔板8、弹簧9、隔板8、低阻高 效玻纤滤纸层3、活性碳纤维非织造布层5、丙纶非织造布疏水层2，见附图 2。其中弹簧的作用是把含银盐的活性炭层4压实、与其相邻的丙纶非织造布 疏水层2的作用是避免活性炭层扩散。
[0021] 本发明的空气过滤器经过多项检测，结果如下：
[0022] 1、GB/T2892-1995《过滤式防毒面具滤毒罐性能试验试验方法》，标准 要求：油雾透过系数＜0.01％。
[0023] 随机抽取5个样品实验结果如下：
[0024] 0.000055％、0.000052％、0.000055％、0.000055％、0.000055％(由国家 劳动保护用品质量监督检验中心测定)
[0025] 2、GB/T2892-1995《过滤式防毒面具滤毒罐性能试验试验方法》，标准 要求：油雾透过系数＜0.01％。
[0026] 随机抽取5个样品实验结果如下：
[0027] 0.00010％、0.00006％、0.00004％、0.000016％、0.000010％(由 GB/T2892制定单位、国防科学技术工业委员会计量认可单位——新华化工 厂计量测试中心测定)
[0028] 3、氯化钠气溶胶过滤效果试验，测试气体流量30L/min、50L/min、85 L/min、100L/min、125L/min，要求过滤效率＞99.99％。
[0029] 随机抽取5个样品实验结果均大于99.999％(由GB/T2892制定单位中国 人民解放军防化研究院测定)

[0030] 4、灵感菌过滤效果评价试验。医用气溶胶发生器产生灵感菌气溶胶， 气溶胶流量28.3L/min，检测随机抽取的过滤器在6小时内的过滤效果，(军 事医学科学院微生物流行病研究所测定)

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