本發(fā)明屬于環(huán)保和健康領(lǐng)域，具體地，涉及大氣污染防護(hù)領(lǐng)域；更具體地，涉及一種新型防霾口罩。本發(fā)明還涉及所述防霾口罩的功能組件例如微型化靜電除塵裝置以及催化裝置。

背景技術(shù)：

霧霾已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。以霧霾較重的京津冀地區(qū)為例，僅從霧霾頻繁的10月和11月來看，近十年京津冀霾日增加趨勢明顯，平均增多近0.5天/年；近五年霾日較近十年增多0.47天/年。而《2014年度城市pm2.5排行榜》顯示，全國190座城市中超標(biāo)城市占九成以上，并且四分之一的城市的pm2.5濃度甚至達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)的兩倍以上。

人長時間處于霧天中易引發(fā)呼吸道疾病等健康問題，佩戴防霾口罩則是對策之一。目前常見的防霾口罩主要為高密度納米纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無紡布過濾芯為主的整體過濾口罩和高分子聚合物外殼芯片式口罩。正規(guī)的品牌口罩，符合一定標(biāo)準(zhǔn)的型號對顆粒物是可以起到很好的阻隔作用的。

然而，一方面，由于現(xiàn)有防霾口罩主要濾材為致密的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雖然帶來了高效的顆粒物過濾效果，但是帶來的負(fù)面效果則是呼吸阻力的增加，進(jìn)而影響心率等體征。特別是對于老人、兒童、體弱者以及室外進(jìn)行一定強(qiáng)度的體力勞動或者運(yùn)動的人，影響呼吸和心率帶來的后果更為嚴(yán)重。

另一方面，隨著工業(yè)廢氣和汽車尾氣造成的城市空氣成分變化，有機(jī)揮發(fā)物(voc)的危害日益突顯，單純對顆粒物進(jìn)行阻隔的現(xiàn)有防霾口罩已經(jīng)不能滿足日常呼吸健康的需求。

因此，亟需開發(fā)新型的防霾口罩，其在保持好的顆粒物過濾效果 的同時，能夠有效地解決呼吸阻力大的問題并且能夠?qū)τ泻怏w特別是voc進(jìn)行有效去除。

目前，靜電除塵在工業(yè)上已經(jīng)有應(yīng)用，其工作原理是利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電在電場作用下與氣流分離。負(fù)極由不同斷面形狀的金屬導(dǎo)線制成，稱為放電電極。正極由不同幾何形狀的金屬板制成，稱為集塵電極。靜電除塵器與其他除塵設(shè)備相比，耗能少，除塵效率高，適用于除去煙氣中0.01-50μm的粉塵。

另外，目前用于去除voc的催化技術(shù)主要包括：貴金屬催化、光過渡金屬氧化物催化、臭氧催化氧化、催化燃燒，等等，并且通常將催化劑復(fù)合使用，以實(shí)催化性能的提升，特別是針對特定某種或某類有機(jī)揮發(fā)物的催化性能的提升。復(fù)合催化如pt/tio2復(fù)合光催化劑可顯著提高光催化活性(黃濟(jì)超.具有光熱協(xié)同作用的納米tio2及pt/tio2復(fù)合光催化劑的制備和氣相光催化性能[d].武漢理工大學(xué)，2010.)。cu-mn-ce催化劑具有很強(qiáng)的活化有機(jī)分子的能力，優(yōu)于貴金屬pt、pd的催化性能(孔嫻鷴.cu-mn-ce催化劑的制備及其催化燃燒vocs的性能研究[d].浙江工業(yè)大學(xué)，2014.)。pt/γ-al2o3催化劑具有良好的催化燃燒活性，200℃以下即可實(shí)現(xiàn)其完全氧化，pd/γ-al2o3催化劑對鄰二甲苯的催化燃燒活性最高，160℃反應(yīng)溫度下，鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率高達(dá)90％，au/tio2催化劑對甲醛的催化氧化活性最佳，室溫條件下甲醛的轉(zhuǎn)化率可達(dá)50％，au/feox催化劑，80℃反應(yīng)溫度下，可實(shí)現(xiàn)甲醛完全轉(zhuǎn)化為co2和h2o，au-pd/ceo2催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)越的甲苯催化燃燒活性；在180℃反應(yīng)溫度下，甲苯在au-pd/ceo2催化劑上即可實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化(李永強(qiáng)等，貴金屬催化劑用于vocs催化燃燒的研究進(jìn)展[j].廣東化工，2015，24：85-86.)。cumnox/tio2催化劑特定條件下，反應(yīng)溫度250℃時，甲苯去除率為100％(李錦衛(wèi)等，負(fù)載型cumnox/tio2催化劑催化燃燒甲苯[j].工業(yè)催化，2015，12：1002-1007.)。cumn2tio6催化劑對甲烷催化燃燒性能在特定條件下可使甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％(丁天朋等，cumn2tio6催化劑的制備及其甲烷催化燃燒性能[j].石油化工，2015， 12：1518-1523.)。然而，對于仍然需要一種催化劑，能夠充分利用靜電除塵裝置的有害副產(chǎn)物——臭氧，來提高催化氧化的效果。

目前，亟需一種防霾口罩，其在保持好的顆粒物過濾效果的同時，能夠有效地解決呼吸阻力大的問題并且能夠?qū)τ泻怏w特別是voc進(jìn)行有效去除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究和創(chuàng)造性的勞動，在剖析現(xiàn)有防霾口罩存在問題的基礎(chǔ)上，綜合采用電子、材料、化工等多學(xué)科的技術(shù)手段，制得了一種微型化的靜電除塵裝置，并且創(chuàng)造性地將微型化的靜電除塵裝置和催化裝置聯(lián)用，制得了一種新型的防霾口罩。本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，該防霾口罩在保持好的顆粒物過濾效果的同時，能夠有效地解決呼吸阻力大的問題并且能夠?qū)τ泻怏w特別是voc進(jìn)行有效去除。由此提供了下述發(fā)明：

本發(fā)明的一個方面涉及一種(微型化的)靜電除塵裝置，包括：電暈絲、集塵板和高壓模塊，所述靜電除塵裝置的在三維方向上的尺寸分別均≤350mm、≤300mm、≤280mm、≤250mm、≤200mm、≤180mm、≤150mm、≤140mm、≤130mm或≤120mm；

優(yōu)選地，在三維方向上的尺寸分別為

250-50mm、30-5mm和20-2mm，

200-60mm、25-8mm和15-2mm，

180-70mm、20-10mm和12-3mm，

150-90mm、18-12mm和10-4mm，

130-110mm、17-13mm和8-4mm，或者

120mm、15mm和6mm。

不拘于理論的限制，電暈絲(放電電極)同高壓模塊(高壓設(shè)備)的負(fù)極相連，放出電暈，電離周圍一定范圍內(nèi)的空氣產(chǎn)生電子，顆粒物經(jīng)過電暈絲附近時，與電子結(jié)合帶上負(fù)電荷，帶電顆粒經(jīng)過集塵板 (集塵電極)之間時，在電場力的作用下被吸附到帶正電的集塵板上。原理的示意圖如圖1。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，所述靜電除塵裝置的總體尺寸為長120mm、寬15mm、厚6mm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的靜電除塵裝置，其特征在于如下的(1)-(14)項中的任意一項或者多項：

(1)所述電暈絲為至少1條、至少2條、至少3條、至少4條、至少5條、至少6條、至少7條或者至少8條；例如1-8條、1-10條、1-12條、1-14條、1-16條、1-18條或1-20條；

(2)所述集塵板為至少2塊、至少3塊、至少4塊、至少5塊、至少6塊、至少7塊或者至少8塊；例如1-4塊、1-6塊、1-8塊、1-10塊、1-12塊、1-14塊、1-16塊、1-18塊或1-20塊；

(3)所述高壓模塊的正極的工作電壓3-15kv，負(fù)極的工作電壓1-6kv；優(yōu)選地，正極的工作電壓5-12kv，負(fù)極的工作電壓2-7kv；更優(yōu)選地，正極的工作電壓7-10kv，負(fù)極的工作電壓3-5kv；

(4)高壓模塊含有直流電源；優(yōu)選地，電源電壓為3-12v；

(5)所述靜電除塵裝置還包括導(dǎo)線和/或開關(guān)；

(6)電暈絲連接至高壓模塊的負(fù)極；

(7)相鄰的集塵板中，其中一塊集塵板連接至高壓模塊的正極，另一塊集塵板連接至高壓模塊的負(fù)極；

(8)當(dāng)電暈絲為至少2條時，相鄰電暈絲之間的距離為1.6-12mm、1.6-6mm、2-6mm、3.2-6mm、3.2-4mm或4mm；

(9)相鄰集塵板之間的距離為0.5-6mm、0.5-5mm、0.5-4mm、0.8-3mm、0.8-2.8mm、1.0-2.5mm、1.2-2.5mm、1.5-2.5mm、1.8-2.5mm、1.8-2.2mm或者2mm；

(10)相鄰電暈絲與集塵板之間的距離即電暈絲到靠近電暈絲一側(cè)集塵板邊緣的距離為1-15mm、1-12mm、1-10mm、2-8mm、2-7mm、3-6mm、2-5.5mm、3-5.5mm、4-5mm或者4mm；

(11)電暈絲的條數(shù)為集塵板塊數(shù)的一半；

(12)電暈絲的條數(shù)為偶數(shù)，并且集塵板的塊數(shù)為偶數(shù)；優(yōu)選地，一半電暈絲和一半集塵板分布在靜電除塵裝置的左側(cè)，另外一半電暈絲和另外一半集塵板分布在靜電除塵裝置的右側(cè)；優(yōu)選地，左側(cè)的電暈絲和集塵板與右側(cè)的電暈絲和集塵板對稱地分布；

(13)相鄰的兩塊集塵板的寬度不相等，長度相等或者不相等；

優(yōu)選地，寬集塵板與窄集塵板相間排列；

優(yōu)選地，寬集塵板連接至高壓模塊的正極，窄集塵板連接至高壓模塊的負(fù)極；

優(yōu)選地，每條電暈絲與鄰近的窄集塵板在同一水平面上；

不拘于理論的限制，電暈絲的作用是產(chǎn)生電暈，而寬集塵板和窄集塵板的作用是產(chǎn)生電場，所以同為負(fù)極的電暈絲和窄極板在一起對極板間的平行電場影響較小。

優(yōu)選地，寬集塵板長40-60mm、寬3-6mm，窄集塵板長40-60mm、寬2-3mm；

更優(yōu)選地，寬集塵板長45-55mm、寬4-5mm，窄集塵板長45-55mm、寬2-3mm；

進(jìn)一步優(yōu)選地，寬集塵板長50mm、寬5mm，窄集塵板長50mm、寬2.5mm；

(14)所述集塵板為等間距排列和/或所述電暈絲為等間距排列。

不拘于理論的限制，本發(fā)明的靜電除塵裝置的集塵板采用了超窄電極間距(優(yōu)選2mm)，而工業(yè)中靜電除塵器主流采用寬間距或較大間距，以避免湍流反混影響除塵效率，而本發(fā)明中靜電除塵裝置用于口罩除塵，相對來說這樣的小體積裝置不會受湍流反混的影響，又優(yōu)選電暈絲極間距與極板間距相等，因而同時能提高電流密度，粉塵荷電充分，除塵效果良好。另外，裝置可拆卸，靜電除塵裝置的集塵板可及時清洗及更換，而工業(yè)靜電除塵器積塵清理一直是很大的問題，通常是通過極板震動或電極移動來清除附著的大量灰塵。

不拘于理論的限制，集塵板間距和電暈絲的間距需要調(diào)整和匹配，間隔太遠(yuǎn)影響電暈的電流，間隔太近，電暈線間可能會產(chǎn)生屏蔽現(xiàn)象， 造成電暈線表面電場強(qiáng)度減弱，集塵板的間距也會對除塵效果有顯著影響，因此需協(xié)調(diào)集塵板和電暈絲的距離以及各自的間距，通過大量實(shí)驗確定一個高效除塵的參數(shù)。

不拘于理論的限制，電暈絲的電暈范圍(也稱電暈區(qū))可能局限于電暈線周圍幾毫米處，放的距離集塵板越遠(yuǎn)，進(jìn)入裝置的顆粒物的有效荷點(diǎn)數(shù)越小，但是電暈絲也不能距離集塵板太近，因為會產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，即電暈絲和集塵板之間產(chǎn)生電弧。優(yōu)選地，電暈絲和集塵板之間的間距為4毫米。優(yōu)選地，電暈絲之間的間距為電暈絲和集塵板之間的間距的0.8至1倍。

本發(fā)明的另一方面涉及一種催化劑，包括納米金和錳氧化物，其中，所述錳氧化物選自mno、mn2o3、mno2和mn3o4中的任意一種或者幾種的混合物；優(yōu)選地，選自mno、mn2o3、mno2中的任意一種或者幾種的混合物。

不拘于理論的限制，納米金催化的基本原理是：當(dāng)金顆粒尺寸小于10納米時，比表面積、表面能顯著增大，原子電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等，導(dǎo)致表面的活性位置增加，這就使納米顆粒具備了作為催化劑的基本條件。隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，這就增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面。粒徑越小，催化活性越高，與其他過渡金屬氧化物催化劑結(jié)合使用，可通過增加活性位點(diǎn)，提高催化效率。

不拘于理論的限制，mnox催化的基本原理是：首選，一個o3分子吸附到催化劑表面而后發(fā)生解離，生成一個o2分子和一個原子氧化物。然后，原子氧化物與另一個氣態(tài)o3分子通過反應(yīng)形成吸附態(tài)過氧物和氣態(tài)o2分子。最后，吸附態(tài)過氧中間體分解出o2分子，并生成強(qiáng)氧化性自由基與有機(jī)揮發(fā)物反應(yīng)。反應(yīng)主要由氧化還原過程組成，穩(wěn)態(tài)時氧化還原速率相等，因此，越容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化劑，其催化分解臭氧的活性越高，這也解釋了為什么錳氧化物等過渡金屬氧化物具有很好臭氧分解活性。另外，也可以使用其它的過渡金屬氧 化物，例如釩、鈦等的氧化物。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的催化劑，其中，納米金質(zhì)量/(納米金質(zhì)量+錳氧化物質(zhì)量)為0.5％-5％、1％-5％、1.2％-5％、1.5％-5％、1％-2％、1.2％-2％或者1.5％。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的催化劑，其中，mno∶mn2o3∶mno2的摩爾比為(18-30)∶(5-10)∶(10-18)；優(yōu)選為(20-25)∶(5-9)∶(12-16)；更優(yōu)選為22∶7∶14。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的催化劑，其中，所述錳氧化物通過如下方法制得：

(1)將mnso4溶液逐滴加入kmno4溶液中，或者將kmno4溶液逐滴加入mnso4溶液中；

(2)向步驟(1)產(chǎn)物中加入適量硝酸溶液，靜置；

(3)將步驟(2)產(chǎn)物過濾，濾渣用去離子水洗滌，得到固體產(chǎn)物；

(4)干燥固體產(chǎn)物，得到所需錳氧化物。

不拘于理論的限制，硝酸促進(jìn)沉淀生成完全，影響后面干燥后的晶型，最終效果表現(xiàn)在催化性能上。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的催化劑，其特征在于如下的1)-5)項中的任意一項或者多項：

1)所述mnso4溶液的濃度為0.2g/ml-0.50g/ml；優(yōu)選為0.27g/ml；

2)所述kmno4溶液的濃度為0.02g/ml-0.15g/ml；優(yōu)選為0.06g/ml；

3)所述硝酸溶液的濃度為0.1g/ml-1.4g/ml；優(yōu)選為0.6mol/l；

4)每100ml步驟(1)產(chǎn)物硝酸溶液1ml-3ml；

5)干燥的溫度為100℃-120℃；優(yōu)選為105℃-115℃；更優(yōu)選為110℃。

不拘于理論的限制，如果干燥的溫度過低，則可能導(dǎo)致不同錳氧化物之間的比例發(fā)生變化，可能影響催化劑的性能；如果干燥的溫度過高，則可能導(dǎo)致晶體之間的粘連，影響晶型。

本發(fā)明的再一方面涉及一種催化裝置，其含有本發(fā)明中任一項所述的催化劑以及負(fù)載材料；優(yōu)選地，所述負(fù)載材料選自無紡布、針織布或者毛氈；優(yōu)選地，所述催化劑以及負(fù)載材料形成一層或者多層膜的形式；優(yōu)選地，所述催化裝置還包括用于固定催化劑和負(fù)載材料的固定裝置。

本發(fā)明的再一方面涉及一種口罩(防霾口罩)，其含有本發(fā)明中任一項所述的靜電除塵裝置，和/或本發(fā)明中任一項所述的催化劑或者本發(fā)明的催化裝置；

優(yōu)選地，所述口罩包括：功能模塊外殼、靜電除塵模塊即靜電除塵裝置、催化模塊即催化裝置和口罩基底12；

優(yōu)選地，所述功能模塊外殼包括：功能模塊外殼前側(cè)1、功能模塊外殼后側(cè)4和位于兩側(cè)的電暈絲固定裝置5，圍成封閉或基本封閉的長條形空間；所述前側(cè)1和后側(cè)4的內(nèi)壁有集塵板卡槽及排線通道2；所述后側(cè)4的外壁有與口罩基底的連接組件；

優(yōu)選地，所述靜電除塵模塊包括電暈絲6、集塵板7和高壓模塊8；

優(yōu)選地，所述催化模塊包括固定裝置9、催化劑和負(fù)載材料10。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述的口罩，其特征在于如下的1)-7)項中的任意一項或者多項：

1)所述功能模塊外殼的材料(材質(zhì))為通用塑料、工程塑料或特種塑料，包括但不限于，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、abs、環(huán)氧塑料、聚碳酸酯或abs工程塑料；

2)所述前側(cè)1、后側(cè)4以及電暈絲固定裝置5的邊緣有裝配位卡扣；

3)所述集塵板卡槽及排線通道2用于固定集塵板和放置電暈絲；

4)所述連接組件為插槽3和扣環(huán)11；

5)所述高壓模塊8位于長條形空間的大約中間位置；

6)口罩基底12為n95級別或n95級別以上的過濾用無紡布濾材； 優(yōu)選地，所述口罩基底能夠與人面部貼合；

7)所述口罩基底12上有呼吸閥13。

所述功能模塊外殼前側(cè)1和功能模塊外殼后側(cè)4，優(yōu)選采用abs材料加工，具有良好絕緣性，強(qiáng)度高。前側(cè)1和后側(cè)4的邊緣有裝配位卡扣固定，同時兩端的電暈絲固定裝置5(電暈絲固定框)也起到邊緣固定作用。

所述集塵板卡槽及排線通道2，用于固定集塵板和放置電暈絲。排線實(shí)際上就是電暈絲包著漆的那部分，不起作用，連到高壓模塊。

所述功能模塊與口罩基底連接插槽3，用于連接口罩基底。

所述電暈絲固定裝置5，開槽處固定電暈絲，位置與窄集塵板在同一水平線上。

所述電暈絲6(也稱為電暈線)，采用0.02mm鎢絲，負(fù)極電暈，放電效果好。數(shù)量與窄集塵板數(shù)目相同。與高壓模塊相連。電暈絲的尾端可以固定在功能模塊外殼上。

所述集塵板7，優(yōu)選地，包括寬集塵板(例如長50mm，寬5mm)和窄集塵板(例如長50mm，寬2.5mm)，其相間重復(fù)排列。

不拘于理論的限制，集塵板的寬窄無實(shí)質(zhì)影響，這樣的設(shè)計是為了便于組裝和走排線，而重復(fù)排列是為了增加吸附顆粒物的面積。集塵板通常由導(dǎo)電材料制成，顆粒物負(fù)載上電荷后，在電場的作用下，富集到集塵板上。

所述高壓模塊8(含電池)，為直流供電。電池采用紐扣電池即可，輸入電壓3-12v，通過高壓模塊得到高壓。高壓正極工作電壓7-10kv，高壓負(fù)極工作電壓3-5kv，電暈極的平均電場強(qiáng)度12kv。

所述催化材料固定裝置9，用于固定一層或者多層催化材料膜10。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，催化材料膜是無紡布負(fù)載上催化劑涂層，然后膜被分層安裝。

所述催化材料膜10，采用mnox和納米金為主成分(另外還含有少量的膠以及一些雜質(zhì)，可以忽略)的涂層的負(fù)載材料。負(fù)載材料可以是無紡布、針織布、毛氈，考慮到無紡布相對來講負(fù)載率較高，優(yōu) 選無紡布。膜本身可以商購，也可以自行制作，能把催化劑負(fù)載上就行。另外，膜的厚度影響不大。

所述扣環(huán)11，用于將功能模塊固定到口罩基底上。也可以用無voc膠粘劑直接將功能模塊粘到口罩基底上。

所述口罩基底12，采用n95級別過濾材料為口罩基底材料，外形為采用立體設(shè)計，貼合面部，無漏氣。

所述呼吸閥13，用于去除口罩內(nèi)腔濕氣及二氧化碳積存。呼吸閥的外殼為abs材料，可商購也可定制。

本發(fā)明中，

術(shù)語“(相鄰)電暈絲與集塵板之間間隔”、“(相鄰)電暈絲與集塵板之間距離”、“(相鄰)電暈絲與集塵板間隔”、“(相鄰)電暈絲與集塵板距離”具有相同的含義，均指電暈絲與距離最近的集塵板的邊緣之間的距離。

術(shù)語“有機(jī)揮發(fā)物(voc)”包括但不限于如下的任意一種或者幾種的混合物：甲醛(hcho)，苯系物(例如苯、甲苯、二甲苯等)，氮氧化物(nox)(例如一氧化二氮(n2o)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、三氧化二氮(n2o3)、四氧化二氮(n2o4)等，以及它們的混合物)，臭氧(o3)等。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，所述nox是指no和/或no2。

mn的化合價有+2、+3、+4、+6、+7，都有對應(yīng)的氧化物。本發(fā)明中，術(shù)語“mnox”是指選自mno、mn2o3、mno2、mn3o4中的任意一種或者幾種的混合物。優(yōu)選地，選自mno、mn2o3、mno2中的任意一種或者幾種的混合物。

發(fā)明的有益效果

本發(fā)明口罩直接利用微型化的靜電除塵模塊高效去除呼氣時氣流中的顆粒物，繼而利用靜電除塵裝置產(chǎn)生的微量臭氧通過催化材料有效濾除有害氣體成分，結(jié)構(gòu)簡單，過濾效率高，集塵板可拆卸清洗， 無明顯呼吸阻力，適用于日常佩帶防護(hù)粉塵和汽車尾氣，特別是嚴(yán)重霧霾天氣佩帶阻隔霧霾。

附圖說明

如果沒有特別說明，下面的附圖中的各數(shù)字所代表的含義如下：

1.功能模塊外殼(前側(cè))，2.集塵板卡槽及排線通道，3.功能模塊與口罩基底連接插槽，4.功能模塊外殼(后側(cè))，5.電暈絲固定裝置，6.電暈絲，7.集塵板，8.高壓模塊(含電池)，9.催化材料固定裝置，10.催化材料，11.扣環(huán)，12.口罩基底，13.呼吸閥，14.導(dǎo)線。

圖1：本發(fā)明的微型靜電除塵裝置的原理示意圖。

圖2：微型化靜電除塵裝置的電路示意圖。

圖3：防霾口罩功能模塊的后側(cè)視圖。

圖4：集塵板卡槽及排線通道2的局部放大圖。2-1，集塵板卡槽，實(shí)際上是在長條部分的表面上加工一個細(xì)縫凹槽。2-2，排線通道(預(yù)留3個)。

圖5：防霾口罩功能模塊前側(cè)視圖。

圖6：防霾口罩正面圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

制備例1：高壓模塊的設(shè)計和組裝

將可調(diào)高壓發(fā)生器(輸入3～15v，輸出3～12kv)、開關(guān)及3v紐扣電池放矩形模具(長32mm，寬15mm，高7mm)中，通過環(huán)氧樹脂 (6101型號)和硬化劑(施能牌ep固化劑)，環(huán)氧樹脂與硬化劑取等量體積分?jǐn)?shù)攪勻后使)進(jìn)行灌注并烘干，得到矩形的高壓模塊。將所得高壓模塊粘附固定到口罩外殼內(nèi)部，引出的導(dǎo)線分別與集塵板和電暈絲相連。

如圖2所示。

制備例2：靜電除塵模塊(微型化靜電除塵裝置)和口罩的組裝

將集塵板7和高壓模塊8(制備例1制得，含電池)分別安裝到功能模塊外殼(前側(cè))1的集塵板卡槽及排線通道2，將功能模塊3與口罩基底12連接插槽。集塵板之間的間隔距離為2毫米。

將電暈絲6安裝到電暈絲固定裝置5，連接高壓模塊8的部分通過集塵板卡槽及排線通道2。電暈絲之間的間隔距離為4毫米。電暈絲與集塵板之間的間距距離為4毫米。

將催化材料膜10固定到催化材料固定裝置9，并安裝到功能模塊外殼(后側(cè))4。

將前側(cè)1和后側(cè)4拼裝到一起，通過扣環(huán)11安裝到帶有呼吸閥13的口罩基底12上。

如圖3、圖4、圖5和圖6所示。

使用前的電池安裝：拆開功能模塊外殼前側(cè)1和后側(cè)4，取下高壓模塊8，將電池放入高壓模塊8的電池艙，拼裝前側(cè)1和后側(cè)4。

吸氣時，空氣從裝置兩側(cè)的電暈絲固定裝置5進(jìn)入，經(jīng)過電暈絲，氣流大致平行于集塵板到達(dá)口罩中間部位即高壓模塊8后側(cè)，同過催化材料膜10，進(jìn)入鼻腔。

呼氣時，氣體從呼吸閥13呼出，也有部分逆著吸氣時的氣流路線出去。

制備例3：靜電除塵模塊的組裝(電暈絲間隔3.2毫米)

參照上面的制備例2進(jìn)行，只是將電暈絲之間的間隔調(diào)整為3.2毫米。

制備例4：催化材料的制備

1.配制納米金溶膠

配制濃度為2.44×10^-3mol/l的haucl4.4h2o溶液、濃度為3.43×10^-2mol/l的na3c6h5o7.2h2o溶液、濃度為1.00×10^-4mol/l的pvp溶液，以及濃度為0.391mol/l的nabh4溶液備用。在燒杯中加入10ml氯金酸溶液，10mlpvp溶液(保護(hù)劑)，80ml三蒸水，將燒杯置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器上，邊加熱邊攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速設(shè)置為600r/min，加熱至75℃，恒溫2min，用移液管移取一定體積的還原劑(na3c6h5o7或nabh4)溶液，迅速一次加入到上述混合液，開始計時，使液體顏色恒定并持續(xù)加熱一段時間共9min，停止加熱，繼續(xù)攪拌5min后，停止攪拌，冷卻至室溫，所得液體為納米金溶膠，經(jīng)計算，其中納米金濃度約為2.44×10^-4mol/l。

2.制備納米金-錳氧化物負(fù)載材料

取一定量的kmno450g固體放入燒杯中，加入去離子水180ml溶解，再按一定比例配比稱取mnso436g固體放入另一個燒杯中，加入去離子水600ml溶解。劇烈攪拌下，將mnso4溶液逐滴加入kmno4溶液中，逐漸有褐色沉淀出現(xiàn)，然后向混合液體中加入一定量的0.6mol/l的硝酸溶液，靜置24h后過濾、洗滌，得到固體，110℃烘箱中干燥過夜，獲得所需錳氧化物。

該錳氧化物中，mno∶mn2o3∶mno2的摩爾比約等于22∶7∶14，具體計算方法可參照現(xiàn)有技術(shù)，例如胡華，方德，石再瑩，馬娟，梅笛，何峰.mno_x中錳離子的價態(tài)和含量的研究[j].中國錳業(yè)，2013，03：9-12。

取出1g錳氧化物固體，取上述納米金溶膠320ml混合，快速攪拌10min，過濾后取出，400℃下空氣中烘焙到干燥即取出(目的是快速的把過濾物里的殘留水分和可揮發(fā)物質(zhì)去除，烘干到干燥即可)，得到納米金-錳氧化物負(fù)載材料。

3.負(fù)載到無紡布

將所得納米金-錳氧化物負(fù)載材料用去離子水溶解至適當(dāng)濃度，加入少量無voc粘接劑，攪拌均勻，然后將無紡布浸入后提出，通過滾筒扎光機(jī)將無紡布上多余的錳氧化物混合液擠壓去除，而后將無紡布于90℃烘箱中干燥，得到催化材料。

制備例4制得的的催化材料中，納米金負(fù)載比例＝納米金質(zhì)量/(納米金質(zhì)量+錳氧化物質(zhì)量)＝0.01529/(0.01529+1)×100％≈1.5％。

制備例5：催化材料的制備

參照上面的制備例4進(jìn)行，只是將納米金負(fù)載比例調(diào)整為2％。

對比例1：其它的靜電除塵模塊的組裝(集塵板間隔3毫米)

參照上面的制備例2進(jìn)行，只是將集塵板之間的間隔調(diào)整為3毫米。

對比例2：其它靜電除塵模塊的組裝(電暈絲與集塵板之間間隔6毫米)

參照上面的制備例2進(jìn)行，只是將集塵板和電暈絲之間的間隔調(diào)整為6毫米。

對比例3：對比催化材料的制備(納米金負(fù)載比例為0％)

參照上面的制備例4進(jìn)行，只是不使用納米金，僅使用錳氧化物，即納米金負(fù)載比例為0％。

對比例4：對比催化材料的制備(納米金負(fù)載比例為1％)

參照上面的制備例4進(jìn)行，只是納米金負(fù)載比例調(diào)整為1％。

實(shí)施例1：顆粒物去除實(shí)驗

(1)將催化材料(制備例4制得)搭載至靜電除塵模塊(制備例2-3，對比例1-2)，在大氣評價艙內(nèi)進(jìn)行顆粒物去除實(shí)驗。實(shí) 驗條件如下：

調(diào)節(jié)環(huán)境溫度(25±5℃)、濕度(35％±5％)、氣氛濃度(顆粒物氣氛由煙香提供初始約200μg/m³，voc氣氛由苯系物提供(苯∶甲苯∶二甲苯∶二硫化碳＝1∶2∶4∶3(體積比，綜合0.1mg/m³)，甲醛由福爾馬林溶液釋放(0.1mg/m³)。

(2)使用tsi顆粒物檢測儀(tsi公司dusttrakdrx氣溶膠監(jiān)測儀8533)進(jìn)行顆粒物去除效果測試。測試條件如下：

氣氛流度1l/s、高壓正極工作電壓7-10kv，高壓負(fù)極工作電壓3-5kv，電極板間距2mm，電暈極通路截面尺寸1.5mm×6mm，電暈絲間距2mm，居中排列，負(fù)電極電暈，電暈極至集塵極的間距約4mm、電暈極的平均電場強(qiáng)度12kv。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相同的實(shí)驗條件下，使用制備例2或者制備例3的靜電除塵模塊時，顆粒物去除效果較好，均可達(dá)到95％的過濾效果，并且多次重復(fù)實(shí)驗測試，均能達(dá)到95％的過濾效率。而采用對比例1時，過濾效率下降，過濾效率約8％；單獨(dú)采用對比例2時，過濾效率約40％。

實(shí)施例2：voc去除實(shí)驗

參照實(shí)施例1中的步驟(1)進(jìn)行。

其中，使用ppm-htv甲醛檢測儀、ppbraeplusvoc檢測儀測試環(huán)境氣氛和過濾后氣體的有害氣體濃度，去除率為(環(huán)境氣氛濃度-濾除后氣氛濃度)/環(huán)境氣氛濃度。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用制備例4或者制備例5制得的催化材料對甲醛及臭氧的催化率(即去除率)均可達(dá)80％，對voc的催化率(即去除率)均達(dá)30％。

在同樣的實(shí)驗條件下，采用上面的對比例3-4制得的催化材料時，對甲醛及臭氧的去除率分別約70％、75％，對voc的去除率分別約26％、30％。

盡管本發(fā)明的具體實(shí)施方式已經(jīng)得到詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解。根據(jù)已經(jīng)公開的所有教導(dǎo)，可以對那些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和替換，這些改變均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的全部范圍由所附權(quán)利要求及其任何等同物給出。