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家用微波炉再生民用口罩的科学原理与方法


编者按：随着湖北以外地区新冠肺炎疫情的缓解，越来越多的人开始走出家门，复工复学。然而，缓解不意味着完全控制，“佩戴口罩”这样的日常防护仍不可放松。那么，在口罩依旧短缺的情况下，普通人如何能更科学有效地再利用口罩呢？下面我们听听室内环境与健康分会常务副主任委员、北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授的专业分析和建议：


家用微波炉再生民用口罩的科学原理与方法


1、必要性：

武汉新冠状病毒疫情的爆发，造成了个人口罩防护用品短缺。我国口罩的生产能力约占全球一半，每天能产2000万只，当前用很多口罩是库存用品，已出现短缺现象。如果严格按照口罩的一次性抛弃要求，难以满足人人戴口罩的需求。随着春节假期的结束，全国各地居民复工，预计约有10亿人每日要佩戴口罩，口罩用量将极其大。此外，如每天约上亿口罩丢弃，也构成巨大的潜在污染源，容易导致新冠状病毒及其它流感病毒等的二次传播，从而进一步加剧新冠疫情和其它呼吸道疾病风险。

如何在不降低防护要求的情况下，将防护用品进行再生，成了重要和现实的需求。目前讨论与采用的再生手段大概有如下几种：
A）高温蒸汽
N95口罩和外科口罩滤材都是静电PP材料，静电材料的优点是阻力低的情况下实现过滤的高效率，能够使大家不太憋气的情况下使用，但滤材一旦失去静电过滤效率会大幅下降。采用蒸汽会将滤料中驻极体损坏，会大幅降低过滤效果，而且PP材料不耐高温，高温蒸汽可能会破坏材料。
B）酒精、含氯消毒剂消毒
会将口罩中滤料中驻极体损伤，降低再生后的过滤效果。
C）紫外线消毒
紫外消毒需要一定的暴露时间，可能长达半小时以上（取决于紫外波长和功率）。由于紫外波长特性（10～400纳米），紫外照射时会存在死角。而且，操作时有空间和技术要求，人体暴露于紫外线有危害。。
D）烤箱56oC烘烤半小时
PP材料耐高温性能有限，采用烘箱消毒，烘箱和口罩表面之间辐射传热，而温控器通常是烘箱内的空气温度。温度控制麻烦的同时，背面温度是空气温度，而面对烘箱发热件的口罩表面温度会远超空气温度，控制不好会造成口罩的一面损坏。
 
如上几种再生方法都存在不同程度的不足，利用微波辐射再生技术由于耗时短、获取方便（微波炉随处可见）、控制简单（简单时间控制就行）、杀灭病毒无死角，呈现出显著优势。

2、微波再生口罩的可行性研究

2.1 微波的杀菌、杀病毒作用

微波辐射对微生物具有较好的杀灭作用(Wu and Yao，2010，2014; Heimbuch et al., 2011)，前期研究发现，经对空气中的MS2病毒微波辐射1.7分钟(700瓦，微波的高火档)，可以杀死90%以上病毒，随着微波能量的降低，灭活效果减少如图1(Wu and Yao，2014)。经过微波辐射，MS2病毒的A蛋白受到破坏，从而失活、丧失感染能力(Wu and Yao，2014)。此外，研究发现在微波辐射的作用下，细菌、真菌细胞壁会破裂导致其死亡(Wu and Yao，2010) 。
1.webp.jpg

图1 微波辐射(119-700 瓦)对 MS2 病毒的杀灭效率（Wu and Yao，2014）


2.2 微波对口罩的过滤性质与形态均无明显影响

如图2所示，微波辐射（800瓦） 2分钟后口罩外形肉眼看不出变化，而将一碗水（质量远超口罩）在同样条件，水表面温度上升到68度，而口罩的温度为30度左右，口罩形态无变化。说明口罩pp材料主要为非极性分子，不会吸收微波，从而不会被破坏结构。此外，经实验室实测，微波对口罩中所含PP材料的过滤效率无明显影响，这保证了再生后口罩的过滤效果。

2.webp.jpg图 2 微波辐射处理使用过的口罩的热图（红外热像仪）


3、微波再生口罩步骤

  1. 观看口罩，看是否有金属丝，胶等粘附的密封圈。若有到第二步，若无到第三步；
  2. 拆开金属丝，移除金属丝（不破坏口罩结构）；
  3. 将口罩正面放入微波炉，若无胶等粘附剂，最大功率700瓦（微波炉高火档）2分钟；若有胶等粘附剂，300瓦（40%最高功率，微波炉中火档），4分钟；
  4. 打开微波炉，运行2分钟后，让口罩（温度约30度左右）稍许降温；
  5. 将口罩背面放入微波炉，若无胶等粘附剂，最大功率700瓦辐射2分钟；若有胶等粘附剂，300瓦（中档），4分钟；
  6. 辐射完毕后，拿出口罩，如果有金属丝，用胶或胶带纸粘上，口罩复活，可以再使用。
  7. 口罩再生利用次数建议不超过5次。暴露风险大的医护人员的口罩不建议复活使用。辐射时间越长，病毒灭活越彻底，但对口罩过滤改变增加风险（由于时间关系，较长时间对口罩过滤效率的影响没有研究）。
 
免责声明：本文提出的方法仅供需要者参考使用，风险自己承担。此外，禁止用于商业利益，严禁用于私人牟利。请严格按照如上流程完成微波辐射口罩再生利用，如有技术问题，可与技术支持单位联系。
 
技术支持与合作单位：北京大学生物气溶胶团队、中科院气溶胶化学与物理实验室、东南大学室内环境实验室
 
参考文献
 
Yan Wu and Maosheng Yao (2010), Inactivation of bacteria and fungus aerosols using microwave irradiation, J Aerosol Sci, 41 :682–693.
 
Yan Wu and Maosheng Yao (2014), Insitu airborne virus inactivation by microwave irradiation, Chin Sci Bull，59:1438–1445.
 
Heimbuch et al. (2011), A pandemic influenza preparedness study: Use of energetic methods to decontaminate filtering facepiece respiratorscontaminated with H1N1 aerosols and droplets，Amer.J. Inf. Ctrl, 39：e1-e9.




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