微波炉消毒口罩:科学原理与方法、流程

家用微波炉再生民用口罩的科学原理与方法

作者:生物气溶胶实验室YaoLab

1、必要性:

武汉新冠状病毒肺炎疫情的爆发,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,将口罩等防护用品进行消毒再生重复使用,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)高温蒸汽口罩消毒

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56℃烘烤半小时消毒

如上几种口罩消毒再生方法都存在不同程度的不足,而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

口罩中的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

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) 。

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

2.2 微波消毒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。

图 2 微波辐射处理使用过的口罩的热图(红外热像仪)
图 2 微波辐射处理使用过的口罩的热图(红外热像仪)
黑色为xx公司N95口罩,不带呼吸阀;白色为xx公司N95口罩,带呼吸阀

3、微波消毒再生口罩步骤和技巧

(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

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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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