室内生物气溶胶消杀措施及启示
发布时间：2022-01-15 14:14
关注室内空气中生物气溶胶的危害和传播规律,对于及时采取有效措施降低室内环境中病原体的传播以及交叉感染风险具有重要的意义。在充分认识生物气溶胶来源、危害及其传播规律,了解室内生物气溶胶的防控措施以及主要消杀手段的基础上,通过分析SARS冠状病毒的非光催化消杀技术案例,提出了室内非光催化消杀材料与高效滤除、紫外、臭氧等其他技术复合形成室内病原体消杀整体方案建议,为传染疾病的预防起到积极的作用。
【文章来源】：环境工程学报. 2020,14(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
致病微生物的传播路径示意图
中国科学院生态环境研究中心贺泓院士课题组在非典期间开发的催化剂也被证实对SARS病毒具有高效杀灭效果[20]，结果见表1。在空气中无需外加光电能源的人居条件下，Ag/Al2O3催化剂可在5 min内即可有效杀灭吸附于其表面的初始量为2×106 cfu.mL-1的多形德巴利酵母菌和大肠杆菌、初始量为105PFU(plaque forming unit)的杆状病毒和SARS冠状病毒。Cu/Al2O3催化剂在20 min内也可以有效杀灭大肠杆菌、杆状病毒和SARS冠状病毒。作为对照的Al2O3载体和滤纸则没有任何消杀效果。将该催化剂涂覆到空气净化器模块上，在30 m3的标准测试舱中测试后，发现其除菌率可以达到95%以上，极具推广应用潜力。在前期研究的基础上，课题组又开发了一系列不同晶型、不同形貌的载银催化剂，无需引入外加光源就呈现出优异的室温接触杀菌活性[21-28]。这一系列催化剂的杀菌机制为：通过活化分子氧产生具有高氧化性的ROS，同时结合溶出的银离子的毒性作用，导致细胞内活性氧的产生、细胞的破损乃至死亡。红外测量结果进一步显示，上述杀菌过程有CO2生成，证实了ROS参与的催化氧化杀菌及矿化过程(见图2)，最终微生物脱离材料表面，进而重新露出具有杀菌消毒作用的催化材料表面，从而实现材料的重复使用。该催化材料在对空气杀菌和净化过程中不会对人体和生态环境构成任何伤害，具有广谱和高效等优点，非常适合室内的杀菌消毒。而且这种消杀方法的实施过程不会损耗光电能源，在室温条件即可实现，很具应用前景。日本“钻石公主”号邮轮上1位乘客确诊感染了新型冠状病毒，之后邮轮上所有乘客均在海上隔离了十几天。2020年3月5日的新闻证实，隔离后仍然有696人感染。在我国湖南省，也发生了公共交通工具内新型冠状病毒肺炎聚集性疫情事件[29]。这些事例表明新型冠状病毒在通风不畅的室内环境中进行了传播与交叉感染。相比于室外具备阳光照射等不利于细菌和病毒存活的因素，室内环境中生物气溶胶的浓度较高，室内空气中的细菌和病毒通常也会存活得更久。因此，在居室、医院、隔离场所、火车、飞机、轮船和办公室等室内环境，应在采取通风、防护和消毒等措施的同时，加强室内空气中生物气溶胶的消杀，阻断病原体感染风险，从而控制病原体以及疫情的传播，保障人们的身心健康。目前，主要采用消毒剂以及紫外线的方式来杀灭新型冠状病毒。然而，这些方法仅适合用于物体表面或者特殊场所的消毒，亟需开发高效复合技术，比如能实现病毒高效过滤和原位灭活的复合技术、防护产品与净化装置，形成室内空气病原体消杀的整体解决方案。
现有空气净化设备和空调粗效或中效过滤材料对直径较小的病毒滤除效果不高，建议采用高效过滤材料和紫外、臭氧、室温高效催化剂等相结合的复合技术，实现对病毒的高效滤除和原位杀灭(见图3)。普通空气净化设备一般采用H11～H12等级的HEPA滤网，其对直径为0.3μm以上的微粒去除效率可达到98%以上，是去除细颗粒物污染物最为有效的过滤材料。然而，病毒直径更小，并且要求的滤除效率更高，所以需要H13～H14等级的HEAP滤网。通过对室内生物气溶胶消杀技术的优劣势分析发现，紫外、臭氧和高效催化剂具有优异的杀灭病源微生物的能力。耦合紫外、臭氧和高效催化剂技术的优势，实现在高风量条件下对滤除病毒的高效杀灭，具有很好的可行性。基于此原理，贺泓院士团队与合作企业对传统空气净化器的结构进行改造，采用H13等级HEPA滤网，微生物拦截率可达99.9%；再将紫外灯管或臭氧发生装置置于HEPA滤网迎风面实现对过滤下来的微生物高效杀灭；同时末端采用高效催化分解材料分解残留臭氧，避免二次污染，为病原体的消杀和疫情的防控起到了积极的作用。近期在30 m3的监测舱内的检测结果证实，基于过滤、紫外光和臭氧耦合技术改造的空气净化器对空气中噬菌体病毒单位小时去除率达到99.9%。若将此净化器应用于新冠病毒的消杀，还需要在国家生物安全四级实验室进行新冠病毒滤除和灭活效果的验证。为提高技术的实用性与时效性，建议将复合技术涉及的材料进行集成与模块化，组装到现有的空气净化器、新风系统和空调系统等设备中。另外，过滤和室温高效消杀催化材料也可以进行复合，并与无纺布等材料进行成型处理，应用到口罩等防护产品中。依托复合消杀技术研发的净化设备与防护产品需尽快投入使用，在助力打赢新冠病毒疫情防控狙击战的同时，也为今后室内空气病原体消杀设备的研发与推广应用提供技术支持。4 结语
【参考文献】：
期刊论文
[1]紫外照射去除建筑内微生物气溶胶应用与展望[J]. 李艳菊,马悦,金明,武春彬. 卫生研究. 2018(05)
[2]室内空气中致病微生物的种类及检测技术概述[J]. 李晓旭,翁祖峰,曹爱丽,刘琪,隋国栋. 科学通报. 2018(21)
[3]呼吸道传染病气溶胶传染致病机理及预测方法[J]. 钱华,章重洋,郑晓红. 科学通报. 2018(10)
[4]Antimicrobial activity of silver loaded MnO2 nanomaterials with different crystal phases against Escherichia coli[J]. Lian Wang,Hong He,Changbin Zhang,Li Sun,Sijin Liu,Shaoxin Wang. Journal of Environmental Sciences. 2016(03)
[5]电解式臭氧空气净化消毒机消毒性能的研究[J]. 陈贵秋,庄世锋,朱应凯,宋江南,高琼,李世康,易亮. 中国消毒学杂志. 2008(05)
[6]Ag-Ce/AlPO4催化剂在水中催化杀菌的影响因素[J]. 常青云,贺泓,曲久辉,赵进才. 催化学报. 2008(03)
[7]Al2O3负载Ag催化剂的杀菌作用[J]. 闫丽珠,陈梅雪,贺泓,曲久辉. 催化学报. 2005(12)
[8]催化材料对病毒的吸附和灭活作用及对哺乳动物细胞的毒性[J]. 刘中民,张卓然,许国旺,杨凌,马磊,孙承林,许磊,齐越,赵春霞,明平文,陈严,郑丛龙,杜逊甫,韩秀文,张涛,黄向阳,包信和,刘波,刘守新,王爱琴,曲振平,缪少军,胡刚,刘页. 催化学报. 2003(05)
[9]SARS冠状病毒的稳定性和抵抗力[J]. 木易. 中华医学信息导报. 2003(10)
硕士论文
[1]臭氧搭配二氧化钛降解室内细菌的实验研究和分析[D]. 周诚.华中科技大学 2014
[2]紫外线联合臭氧催化对室内空气动态消毒的研究[D]. 房小健.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3590758
【文章来源】：环境工程学报. 2020,14(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
致病微生物的传播路径示意图
中国科学院生态环境研究中心贺泓院士课题组在非典期间开发的催化剂也被证实对SARS病毒具有高效杀灭效果[20]，结果见表1。在空气中无需外加光电能源的人居条件下，Ag/Al2O3催化剂可在5 min内即可有效杀灭吸附于其表面的初始量为2×106 cfu.mL-1的多形德巴利酵母菌和大肠杆菌、初始量为105PFU(plaque forming unit)的杆状病毒和SARS冠状病毒。Cu/Al2O3催化剂在20 min内也可以有效杀灭大肠杆菌、杆状病毒和SARS冠状病毒。作为对照的Al2O3载体和滤纸则没有任何消杀效果。将该催化剂涂覆到空气净化器模块上，在30 m3的标准测试舱中测试后，发现其除菌率可以达到95%以上，极具推广应用潜力。在前期研究的基础上，课题组又开发了一系列不同晶型、不同形貌的载银催化剂，无需引入外加光源就呈现出优异的室温接触杀菌活性[21-28]。这一系列催化剂的杀菌机制为：通过活化分子氧产生具有高氧化性的ROS，同时结合溶出的银离子的毒性作用，导致细胞内活性氧的产生、细胞的破损乃至死亡。红外测量结果进一步显示，上述杀菌过程有CO2生成，证实了ROS参与的催化氧化杀菌及矿化过程(见图2)，最终微生物脱离材料表面，进而重新露出具有杀菌消毒作用的催化材料表面，从而实现材料的重复使用。该催化材料在对空气杀菌和净化过程中不会对人体和生态环境构成任何伤害，具有广谱和高效等优点，非常适合室内的杀菌消毒。而且这种消杀方法的实施过程不会损耗光电能源，在室温条件即可实现，很具应用前景。日本“钻石公主”号邮轮上1位乘客确诊感染了新型冠状病毒，之后邮轮上所有乘客均在海上隔离了十几天。2020年3月5日的新闻证实，隔离后仍然有696人感染。在我国湖南省，也发生了公共交通工具内新型冠状病毒肺炎聚集性疫情事件[29]。这些事例表明新型冠状病毒在通风不畅的室内环境中进行了传播与交叉感染。相比于室外具备阳光照射等不利于细菌和病毒存活的因素，室内环境中生物气溶胶的浓度较高，室内空气中的细菌和病毒通常也会存活得更久。因此，在居室、医院、隔离场所、火车、飞机、轮船和办公室等室内环境，应在采取通风、防护和消毒等措施的同时，加强室内空气中生物气溶胶的消杀，阻断病原体感染风险，从而控制病原体以及疫情的传播，保障人们的身心健康。目前，主要采用消毒剂以及紫外线的方式来杀灭新型冠状病毒。然而，这些方法仅适合用于物体表面或者特殊场所的消毒，亟需开发高效复合技术，比如能实现病毒高效过滤和原位灭活的复合技术、防护产品与净化装置，形成室内空气病原体消杀的整体解决方案。
现有空气净化设备和空调粗效或中效过滤材料对直径较小的病毒滤除效果不高，建议采用高效过滤材料和紫外、臭氧、室温高效催化剂等相结合的复合技术，实现对病毒的高效滤除和原位杀灭(见图3)。普通空气净化设备一般采用H11～H12等级的HEPA滤网，其对直径为0.3μm以上的微粒去除效率可达到98%以上，是去除细颗粒物污染物最为有效的过滤材料。然而，病毒直径更小，并且要求的滤除效率更高，所以需要H13～H14等级的HEAP滤网。通过对室内生物气溶胶消杀技术的优劣势分析发现，紫外、臭氧和高效催化剂具有优异的杀灭病源微生物的能力。耦合紫外、臭氧和高效催化剂技术的优势，实现在高风量条件下对滤除病毒的高效杀灭，具有很好的可行性。基于此原理，贺泓院士团队与合作企业对传统空气净化器的结构进行改造，采用H13等级HEPA滤网，微生物拦截率可达99.9%；再将紫外灯管或臭氧发生装置置于HEPA滤网迎风面实现对过滤下来的微生物高效杀灭；同时末端采用高效催化分解材料分解残留臭氧，避免二次污染，为病原体的消杀和疫情的防控起到了积极的作用。近期在30 m3的监测舱内的检测结果证实，基于过滤、紫外光和臭氧耦合技术改造的空气净化器对空气中噬菌体病毒单位小时去除率达到99.9%。若将此净化器应用于新冠病毒的消杀，还需要在国家生物安全四级实验室进行新冠病毒滤除和灭活效果的验证。为提高技术的实用性与时效性，建议将复合技术涉及的材料进行集成与模块化，组装到现有的空气净化器、新风系统和空调系统等设备中。另外，过滤和室温高效消杀催化材料也可以进行复合，并与无纺布等材料进行成型处理，应用到口罩等防护产品中。依托复合消杀技术研发的净化设备与防护产品需尽快投入使用，在助力打赢新冠病毒疫情防控狙击战的同时，也为今后室内空气病原体消杀设备的研发与推广应用提供技术支持。4 结语
【参考文献】：
期刊论文
[1]紫外照射去除建筑内微生物气溶胶应用与展望[J]. 李艳菊,马悦,金明,武春彬. 卫生研究. 2018(05)
[2]室内空气中致病微生物的种类及检测技术概述[J]. 李晓旭,翁祖峰,曹爱丽,刘琪,隋国栋. 科学通报. 2018(21)
[3]呼吸道传染病气溶胶传染致病机理及预测方法[J]. 钱华,章重洋,郑晓红. 科学通报. 2018(10)
[4]Antimicrobial activity of silver loaded MnO2 nanomaterials with different crystal phases against Escherichia coli[J]. Lian Wang,Hong He,Changbin Zhang,Li Sun,Sijin Liu,Shaoxin Wang. Journal of Environmental Sciences. 2016(03)
[5]电解式臭氧空气净化消毒机消毒性能的研究[J]. 陈贵秋,庄世锋,朱应凯,宋江南,高琼,李世康,易亮. 中国消毒学杂志. 2008(05)
[6]Ag-Ce/AlPO4催化剂在水中催化杀菌的影响因素[J]. 常青云,贺泓,曲久辉,赵进才. 催化学报. 2008(03)
[7]Al2O3负载Ag催化剂的杀菌作用[J]. 闫丽珠,陈梅雪,贺泓,曲久辉. 催化学报. 2005(12)
[8]催化材料对病毒的吸附和灭活作用及对哺乳动物细胞的毒性[J]. 刘中民,张卓然,许国旺,杨凌,马磊,孙承林,许磊,齐越,赵春霞,明平文,陈严,郑丛龙,杜逊甫,韩秀文,张涛,黄向阳,包信和,刘波,刘守新,王爱琴,曲振平,缪少军,胡刚,刘页. 催化学报. 2003(05)
[9]SARS冠状病毒的稳定性和抵抗力[J]. 木易. 中华医学信息导报. 2003(10)
硕士论文
[1]臭氧搭配二氧化钛降解室内细菌的实验研究和分析[D]. 周诚.华中科技大学 2014
[2]紫外线联合臭氧催化对室内空气动态消毒的研究[D]. 房小健.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3590758
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