CN113318358B - 一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，包括呼吸防护装置本体(101)，其设置有光发生装置(102)和发光过滤层(103)。发光过滤层(103)包含过滤纤维(201)和/或光传导纤维(202)，光传导纤维(202)耦合于所述光发生装置(102)，过滤纤维(201)和/或光传导纤维(202)中含有上转换材料(203)，光传导纤维(202)引导所述光发生装置(102)产生的光进入发光过滤层(103)，光照射在上转换材料(203)上产生紫外光线，使紫外光照射在过滤纤维(201)和/或光传导纤维(202)的表面。采用本发明，能够实现对发光过滤层的各个层面的过滤纤维进行消毒杀菌。

Description

一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置

技术领域

本发明涉及呼吸防护装置，尤其涉及光传导材料传导光能量激发上转换材料产生紫外线消杀作用的一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置。

背景技术

呼吸防护装置，常见的如口罩、防毒面具，是检验检疫查验处理、防疫防护人员所必备的重要物品之一，也是人们为防止由于空气污染危害身体健康的防护用品。所述上转换材料，即反-斯托克斯(Anti-Stokes)发光材料，是指材料受到低能量的光激发，发射出高能量的光，即经波长长、频率低的光激发，材料发射出波长短、频率高的光。

采用多层纱布缝制而成的口罩，仅能过滤掉空气中较大的尘粒，对通过飞沫、空气传播的细菌、病毒防护效果很差，不能满足SARS、禽流感、H1N1甲型流感、中东呼吸综合征等疫情发生时人员防护的需要。

采用高效纤维滤材制作的口罩，可对微小颗粒、细菌、病毒起到良好的过滤防护效果。人们对于口罩需求与日俱增，在追求过滤效果的同时，人们对于口罩本身的消毒问题和口罩内部空气杀菌情况也越来越关注。

然而现有的口罩通常不具备灭杀细菌病毒功效，长时间使用后会使过滤效果变差并容易滋生微生物进而产生二次污染的问题。虽然可以借助化学药品对口罩进行处理，但是这种处理只能在非使用状态进行，使用中的口罩无法实时进行消毒处理。而口罩潮湿、温暖的环境极适宜细菌、病毒快速滋生繁殖。也有借助紫外线对口罩照射进行快捷杀菌消毒的，但是紫外线只能作用于口罩表面，对过滤材料层内部纤维材料表面附着的病菌和病毒无能为力。

公共交通和医疗***中一种常用的表面消毒和处理污染物的方案是沉积光催化涂层(PCC)，即表面涂一层具备光催化氧化性能的涂层，以氧化空气中的污染物和消除微生物。目前一种相对可靠的PCC是利用光催化材料来产生活性氧涂层，光催化材料能在太阳光或荧光灯的照射下产生类似光合作用的催化反应，将空气中的氧气和水分子激发，形成氧化能力极强的羟基自由基和超氧阴离子自由基。这些氧化力极强的自由基可将浮游在空气中的细菌杀死，并把有机污染物不断降解成水和二氧化碳等，从而达到净化环境和保持材料自身清洁而不被污染的目的。而二氧化钛是一种广受采用的光催化材料，当锐钛矿形式的二氧化钛受特定波长的紫外光照射，其光催化氧化和抗微生物功能就会被激发。然而，室内的紫外光强度一般较低，要发挥二氧化钛的功能就必须要安装额外的紫外光灯，这无疑限制了二氧化钛的应用。

紫外线杀菌技术是利用特殊设计的紫外发生装置产生UVC(200～280nm)照射，当用一定剂量的UVC辐射到各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体后，其细胞中的脱氧核糖核酸或核糖核酸结构受到破坏，丧失复制和繁殖能力，最终导致死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下达到杀菌消毒和净化的目的。从环境的角度看，所有的紫外灯是通过汞蒸气电离，进行能级跃迁来发出紫外光的。金属汞是有毒金属，在空气中很容易挥发。在紫外灯的生产、销售、使用和废弃灯管的回收过程中，存在大量的汞的泄露，对周围环境会造成污染。另一方面，目前市场上使用较多的紫外杀菌产品是低压汞灯，是单峰紫外光，它的发射波长峰值为253.7nm，杀菌效果单一，对多种类的病菌灭活效果差，而灭活效果较好的中压汞灯，功率大，光电转换效率低，总的杀菌效果也不理想。目前被广泛看好的汞灯替代光源是UV-LED，其无汞，节能，便携的特点受到人们越来越多的关注。UV-LED在UVA(320～380nm)波段工作的很好，但在UVB(280～320nm)波段和UVC波段存在不少问题，特别是UVC波段，波长小于280nm时，输出功率仅在几个mW，寿命也很短。申请号为CN201410584398.8的中国专利公开了一种LED紫外光杀菌灯，采用UVC半导体发射的波长为250～270nm紫外光，限制了其作为紫外杀菌光源的应用。

为了减少对人体和环境的危害，亟需开发出一种低成本、无污染、高效率，能够替代传统含汞紫外灯的无汞紫外光源，在杀菌、消毒领域具有重要的现实意义和研究价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，高效的解决呼吸防护装置的过滤材料层中对各个层面的过滤材料进行实时紫外及光催化消毒杀菌的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，包括呼吸防护装置本体，所述呼吸防护装置本体中设置有光发生装置和发光过滤层；所述发光过滤层包含光传导纤维，所述光传导纤维耦合于所述光发生装置，所述光传导纤维中含有上转换材料，所述光传导纤维引导所述光发生装置产生的光进入所述发光过滤层，进入发光过滤层的光照射在所述上转换材料上产生紫外光线，使紫外光线照射在所述光传导纤维的表面；所述光发生装置包括发光模块，所述发光模块包含发光二极管，所述发光模块产生的光的光谱范围为420nm～490nm；所述光传导纤维中含有光催化剂，以颗粒状和/或纤维状和/或薄膜状的形式均匀涂布于所述过滤纤维和/或所述光传导纤维的表面；所述光催化剂为氧化物光催化材料、硫化物光催化材料、铋系氧化物光催化材料、非金属光催化材料中的一种或多种的任意组合。

其中，所述光传导纤维为导光纤维，所述导光纤维经过驻极化处理。

所述导光纤维为侧发光导光纤维。

所述上转换材料为含氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物的掺杂稀土离子的化合物中的一种或多种的任意组合。

所述上转换材料为NaYF4，其发射出的紫外光波长范围为200nm～280nm。

所述光发生装置还包括电源模块，所述电源模块上设置有控制开关、充电接口和指示灯。

所述电源模块还包括与所述控制开关、充电接口和指示灯电连接的可充电锂离子电池。

本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，相较于现有技术具有如下有益效果：

利用光传导材料将光线引入口罩过滤材料层中，在本申请的方案中，上转换材料被用作一个转换器，将照用的可见光吸收并发射可以高效杀菌消毒并足以激活二氧化钛光催化功能的紫外光。产生的紫外线能对整个过滤材料层的所截留的细菌、病毒等微生物进行杀灭，紫外线杀菌消毒功能强，对随空气传播的细菌病毒灭杀效果极强；溢出和溢散的紫外线照射二氧化钛等光催化材料，激活其光催化氧化功能，并能发挥其杀菌消毒功效，从而实现对过滤材料层的各个层面的过滤材料纤维进行消毒杀菌，降低病菌传播与交叉感染风险，避免二次污染提高使用者的健康水平。特别适用于检验检疫查验处理人员、医疗防疫人员和在高粉尘高污染环境下工作生活的人员使用。由于只需要普通的照明，而不需要安装紫外光灯已可发挥功效，因此避免了产生额外的安装成本和运作成本；而且无需安装紫外光灯，没有因紫外光对人畜造成危害的忧虑。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的示意图；

图2为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的发光过滤材料层结构放大效果图；

图3为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的光发生装置结构示意图。

【附图标记说明】：

101：呼吸防护装置本体；102：光发生装置；103：发光过滤层；

201：过滤纤维；202：光传导纤维；203：上转换材料；204：光催化剂；

301：电源模块；302：控制开关；303：充电接口；304：充电指示灯。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步详细的说明。

为更清晰的说明和描述本发明的实施例，需参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例并非是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有技术术语或科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书所使用的术语仅为描述具体的实施例，而非在于限制本发明。

实施例一

图1为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的示意图，图2为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的发光过滤材料层结构放大效果图。

如图1、图2所示，该上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，包括呼吸防护装置本体101、设置在所述呼吸防护装置本体101的光发生装置102和发光过滤层103。其中：

所述发光过滤层103，包含过滤纤维201和光传导纤维202。在另一种实施方式中，所述发光过滤层103也可以只包括光传导纤维202。光传导纤维202，具有过滤材料借助范德华力、静电力等作用力过滤、吸附流体(如空气气流)中的微粒、液滴等的功能。

光传导纤维202耦合于光发生装置102，光发生装置102产生的光线在光传导纤维202中传输时，由于弯曲、破损、异物等原因，光传输的全反射条件被破坏，光线不断地从光传导纤维202表面泄漏，将光线引入发光过滤层103中。过滤纤维201和/或光传导纤维202中含有上转换材料203，光传导纤维202引导光发生装置102产生的光线进入发光过滤层103，进入发光过滤层103的光照射在上转换材料203上，上转换材料203产生紫外线，紫外线照射在过滤纤维201和/或光传导纤维202表面。

这里，所述光传导纤维202是导光纤维，所述导光纤维经过驻极化处理。较佳地，所述导光纤维为侧发光导光纤维。导光纤维制造方便、成本低廉，导光纤维可以实现对光线的高效传输，避免了光线的强烈吸收，可以确保到达过滤纤维201表面的光线的强度，确保消毒杀菌的效果。导光纤维可以方便地做到很细的直径，借助表面吸附力来过滤、吸附流体中的微粒、液滴等。附着在导光纤维表面的微粒、液滴等改变导光纤维表面全反射条件，导光纤维内部传导的光溢出，对微粒、液滴等进行照射，起到使光线随着导光纤维所过滤、吸附流体中的微粒、液滴数量多少分配所传输和传导的光线的作用。

这里，所述的上转换材料203，可为包含氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等掺杂稀土离子的化合物中的一种；所述的上转换材料203也可以是包含氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等掺杂稀土离子的化合物中的两种、三种乃至多种的任意组合。在实际应用中，将所述上转换材料203以细颗粒状和/或纤维状和/或薄膜状的形式均匀布设于过滤纤维201和/或光传导纤维202的表面。例如，NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料，比如纳米颗粒度的NaYF4：Er³⁺，Yb³⁺；即镱铒双掺时，Er做激活剂，Yb作为敏化剂。上转换材料203发射光谱范围为200nm～280nm，具有强大的消毒杀菌作用。NaYF4上转换材料只需要普通的照明光条件即可受激发产生紫外光，而不需要安装专门的紫外光灯，没有额外的安装成本和运作成本，没有因紫外光对人畜造成危害的忧虑。

所述的上转换材料203，被用作一个转换器，将照射的光(即受低能量的光激发)吸收并发射可以高效杀菌消毒的紫外光。其产生的紫外光线能对整个发光过滤层103所截留、附着的细菌、病毒等微生物进行杀灭，从而实现对发光过滤层103的各个层面的过滤纤维201进行消毒杀菌，降低病菌传播与交叉感染风险，避免二次污染，从而保护使用者的健康水平。

本发明的检验检疫呼吸防护装置，特别适用于检验检疫查验处理人员、医疗防疫人员和在高粉尘高污染环境下工作生活的人员使用。由于只需要普通的光线照明条件，不需要安装紫外光灯即可发挥紫外光杀菌消毒功效。因此不会产生额外的安装成本和运作成本，也避免了因安装紫外光灯产生紫外光对人畜健康造成危害的忧虑。

实施例二

该实施例与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同点在于，所述过滤纤维201、光传导纤维202中还含有光催化剂204。所述光催化剂204可为二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、三氧化钨(WO₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、氧化锡(SnO₂)等氧化物光催化材料，硫化镉(CdS)等硫化物光催化材料，铋系氧化物、非金属光催化材料中的一种、两种、三种乃至多种的任意组合。

在本实施例中，所述的光催化材料204是以颗粒状和/或纤维状和/或薄膜状的形式均匀涂布于过滤纤维201和/或光传导纤维202的表面。光传导纤维202溢出和溢散的紫外光线照射二氧化钛等光催化材料，激活其光催化氧化功能，产生强氧化自由基，强氧化自由基通过接触方式对细菌、病毒等进行杀灭。

光催化氧化杀菌消毒功能强，对随空气传播的细菌病毒灭杀效果极强，实现便捷高效的预防及杀菌功能，降低病菌传播与交叉感染风险，避免二次污染提高使用者的健康水平，因此特别适用于检验检疫查验处理人员、医疗防疫人员和在高粉尘高污染环境下工作生活的人员使用。

实施例三

图3为本发明上转换材料的检验检疫呼吸防护装置的光发生装置结构示意图。

结合图1、图2、图3，该实施例与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同点在于，光发生装置102，还包括发光模块。发光模块为发光二极管(LED)。该LED，具有体积小转换效率高的特点，可以高效率地产生光线。发光模块产生的光的光谱范围为420nm～490nm，LED在光谱范围为420nm～490nm内具有高的发光效率，同时光谱范围为420nm～490nm内的光线照射上转换材料203能高效地激发其发射光谱范围为200nm～280nm的紫外光线。

实施例四

该实施例与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同点在于，光发生装置102，还可以包括电源模块301。该电源模块30·上可设置控制开关302、充电接口303和指示灯304。可以实现杀菌效果的受控制的开启和关闭，并可以通过充电接口303对电源模块301进行充电，并通过指示灯304显示充电状态及电量变化等情况。电源模块301中还可设置锂离子充电电池，锂离子充电电池具有可反复充电、能量密度高、适合可穿戴设备使用的优点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，包括呼吸防护装置本体(101)，其特征在于：所述呼吸防护装置本体(101)中设置有光发生装置(102)和发光过滤层(103)；所述发光过滤层(103)包含光传导纤维(202)，所述光传导纤维(202)耦合于所述光发生装置(102)，所述光传导纤维(202)中含有上转换材料(203)，所述光传导纤维(202)引导所述光发生装置(102)产生的光进入所述发光过滤层(103)，进入发光过滤层(103)的光照射在所述上转换材料(203)上产生紫外光线，使紫外光线照射在所述光传导纤维(202)的表面；所述光发生装置(102)包括发光模块，所述发光模块包含发光二极管，所述发光模块产生的光的光谱范围为420nm～490nm；所述光传导纤维(202)中含有光催化剂(204)，以颗粒状和/或纤维状和/或薄膜状的形式均匀涂布于所述光传导纤维(202)的表面；所述光催化剂(204)为氧化物光催化材料、硫化物光催化材料、铋系氧化物光催化材料、非金属光催化材料中的一种或多种的任意组合。

2.根据权利要求1所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述光传导纤维(202)为导光纤维，所述导光纤维经过驻极化处理。

3.根据权利要求2所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述导光纤维为侧发光导光纤维。

4.根据权利要求1所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述上转换材料(203)为含氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物的掺杂稀土离子的化合物中的一种或多种的任意组合。

5.根据权利要求4所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述上转换材料(203)为NaYF₄，其发射出的紫外光波长范围为200nm～280nm。

6.根据权利要求1所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述光发生装置(102)还包括电源模块(301)，所述电源模块(301)上设置有控制开关(302)、充电接口(303)和指示灯(304)。

7.根据权利要求6所述上转换材料的检验检疫呼吸防护装置，其特征在于：所述电源模块还包括与所述控制开关(302)、充电接口(303)和指示灯(304)电连接的可充电锂离子电池。