通过低温界面蒸发在感应加热的超亲水性铁磁过滤器中实现高效空气杀菌

《Advanced Science》：Highly Efficient Air Sterilization via Low-Temperature Interfacial Evaporation in Inductively Heated Superhydrophilic Ferromagnetic Filters

空气消毒技术基于低温界面蒸发，利用超亲水铁磁性不锈钢滤网和感应加热，在60-80℃下蒸发并沉淀病毒颗粒，灭活效率达99.6%以上，滤网可循环使用。

　　这项研究提出了一种基于低温界面蒸发的新型空气消毒技术，为当前空气消毒技术的局限性提供了一种创新的解决方案。随着人们对空气传播疾病传播机制的深入了解，空气消毒技术的重要性日益凸显，尤其是在密闭空间如医院、公共交通工具、学校和办公室等环境中。现有的空气消毒方法，如HEPA过滤、紫外线辐射（UVGI）、臭氧、等离子体以及热灭活等，虽然在一定程度上可以降低空气中的病原体含量，但仍存在诸多问题，如能耗高、维护成本大、难以重复使用、可能产生有害副产物等。

HEPA过滤器是目前广泛使用的被动空气过滤技术，其主要通过拦截、惯性冲击、扩散和重力等物理机制去除空气中的颗粒物。然而，HEPA过滤器并不能完全灭活空气中的病毒，且容易成为生物污染的二次来源。此外，HEPA过滤器在高温和高压环境下可能失效，导致其使用寿命受限，并产生大量废弃物。

紫外线空气消毒技术（UVGI）则通过破坏病原体的DNA/RNA结构来实现灭活，但其应用存在安全隐患，如紫外线泄漏可能对人体造成伤害，且其灭活效果受到紫外线强度和作用时间的限制。此外，UVGI无法去除生物污染物如内毒素，这些残留物仍可能对健康造成威胁。

相比之下，热空气消毒技术因其简单、高效和广泛的应用潜力而受到关注。然而，现有的热空气消毒设备，如电阻加热的镍泡沫滤芯，虽然在高温下能够有效灭活病原体，但其体积大、成本高、存在潜在环境风险，限制了其实际应用。

研究人员提出了一种基于低温界面蒸发的新型空气消毒方法，利用超亲水性磁性不锈钢微孔滤芯（SFSSM）和高效的磁感应加热技术，在60至80摄氏度的温度范围内实现空气中的病原体完全蒸发和沉淀。这种方法不仅避免了产生有害的自由基、危险的高电压或高温，还实现了低能耗和低成本的空气消毒。

该技术的核心在于通过热处理使不锈钢滤芯表面产生纳米结构，并增强其超亲水性和磁性。这种表面处理不仅提高了滤芯的液滴吸收能力，还增强了其在磁场中的感应加热效率。在实验中，研究人员使用了模拟病原体的溶液，如含有细胞培养基、血清和脂质体的液体，测试了滤芯在不同温度和气流条件下的性能。结果显示，在60至80摄氏度的范围内，滤芯能够实现99.6%以上的病毒灭活效率，包括SARS-CoV-2伪病毒、SARS-CoV-2 Omicron变种和呼吸道合胞病毒（RSV）等。

此外，该滤芯还具有自清洁功能，可以通过高温处理（如900摄氏度）实现表面的完全再生，确保其可重复使用至少10次。这种特性不仅延长了滤芯的使用寿命，还显著减少了废弃物的产生。研究人员还评估了滤芯在不同气流速度下的性能，发现其在30 L/min的气流条件下仍能保持高效蒸发和灭活效果，且平均功率消耗仅为30瓦，远低于传统空气消毒设备。

为了进一步验证该技术的实用性，研究人员设计了一个原型系统，集成了雾化室和液体收集室。该系统能够在实验室环境中有效地测试空气消毒效果，同时展示了其在实际空气处理系统中的适应性。通过调节滤芯的加热方式，可以实现更高效的灭活效果，同时避免对环境和人体造成额外危害。

研究还指出，该技术具有良好的可扩展性，可以通过调整滤芯尺寸和感应线圈设计来适应不同的应用场景，如HVAC系统。此外，该技术的低电压和低电磁辐射特性，使其在安全性方面优于其他空气消毒方法，如紫外线或等离子体技术。这不仅降低了对电子设备的干扰，也减少了对使用者的潜在风险。

在实验过程中，研究人员还测试了该技术对非挥发性污染物如四环素和聚苯乙烯纳米颗粒的去除效果，结果显示其具有高达99.9%的去除效率。这表明该技术不仅适用于病原体灭活，还可以有效处理其他空气污染物。

总之，这项研究提出了一种新型、高效、安全且可重复使用的空气消毒技术，具有广阔的应用前景。其核心优势在于结合了低温界面蒸发、超亲水性滤芯和磁感应加热，从而在不产生有害副产物的前提下实现空气的高效消毒。该技术的低能耗、高效率和可扩展性，使其成为未来空气消毒领域的重要发展方向。