Il filtro dell'aria mostra prestazioni e resistenza eccellenti in ambienti difficili

3 ottobre 2022

di Particuologia

Un team di ricercatori ha progettato una spugna composita ad alte prestazioni che funziona efficacemente per filtrare il particolato in ambienti ad alta temperatura e umidità elevata. La spugna, con le sue eccellenti proprietà meccaniche, è realizzata con materiali ecologici. Questo filtro ha il potenziale per aiutare a combattere l'inquinamento atmosferico nelle automobili e nell'industria.

Il team di ricercatori cinesi dell’Università di Fuzhou ha pubblicato il proprio lavoro sulla rivista Particuology il 3 ottobre 2022.

Il particolato proveniente dagli scarichi delle automobili e dai camini industriali rappresenta un pericolo significativo sia per l'uomo che per l'ambiente. Il problema dell’inquinamento da gas di scarico esiste nei paesi di tutto il mondo. L'inquinamento da particolato è particolarmente pericoloso per l'uomo, poiché danneggia il sistema nervoso centrale e l'apparato respiratorio. Per risolvere il problema dell’inquinamento atmosferico e migliorare la qualità dell’ambiente, gli scienziati hanno lavorato per costruire filtri dell’aria migliori. Ma fino a questo punto, i filtri dell’aria in fase di sviluppo non hanno funzionato bene in ambienti difficili, dove le alte temperature, l’elevata umidità o la necessità di lunghi periodi di filtrazione comportano ulteriori sfide.

Per costruire un filtro dell'aria migliore, il gruppo di ricerca ha progettato un dispositivo di cattura delle particelle tridimensionale. Hanno utilizzato un semplice metodo con modello sacrificale per creare una spugna di polidimetilsilossano (PDMS). Successivamente, hanno applicato un rivestimento di polidopamina (PDA) sullo scheletro della spugna utilizzando un metodo di caricamento in situ. Quindi, un gran numero di particelle ZIF-8 sono state coltivate sul rivestimento del PDA. ZIF-8 è una struttura metallo-organica, una classe di materiali porosi versatili nella loro sintonizzabilità strutturale e chimica. Le strutture metallo-organiche presentano un buon potenziale per applicazioni nei campi dell'adsorbimento del gas e della filtrazione dell'aria. Gli abbondanti pori della spugna composita forniscono un buon flusso d'aria e le particelle ZIF-8 migliorano le prestazioni di filtraggio della spugna.

Il team ha testato la spugna in condizioni di alta temperatura (250 gradi Celsius) e alta umidità (90% di umidità relativa) che simulavano un ambiente industriale ad alta temperatura. I risultati alle alte temperature e umidità mostrano il forte potenziale della spugna composita per le applicazioni nell'industria.

Il team ha ulteriormente testato la spugna composita nelle condizioni richieste per l'uso nel filtraggio dei gas di scarico delle automobili. La spugna può essere facilmente modellata e ha stabilità strutturale, consentendone l'utilizzo in diversi scenari, a seconda delle necessità. Quindi il team ha preparato la spugna composita per adattarla all'imboccatura del tubo di scarico. Nei test sugli scarichi delle automobili, che simulavano i gas di scarico emessi dalle automobili durante il normale funzionamento, la spugna composita ha raggiunto un'efficienza superiore al 99% nella rimozione del particolato. Anche dopo 65 ore di filtrazione, la spugna composita ha comunque ottenuto prestazioni eccellenti.

"Questo studio fornisce una nuova idea per la progettazione di filtri dell'aria 3D ad alta efficienza in grado di adattarsi ad ambienti difficili", ha affermato Yuekun Lai, professore all'Università di Fuzhou. Poiché la spugna composita ha una buona stabilità strutturale e può anche essere facilmente modellata, è adatta per l'uso in applicazioni che vanno dagli scarichi delle automobili ai camini industriali fino ai ventilatori della cucina.

"Nella fase successiva, il nostro gruppo di ricerca esplorerà i filtri del gas in grado di adattarsi a temperature più elevate, nonché i modi per trattare alcuni componenti degli inquinanti atmosferici, non solo la filtrazione del particolato", ha affermato Lai. In questo modo, i ricercatori potrebbero ampliare gli scenari applicativi dei filtri antigas e anche migliorare il potenziale per le applicazioni pratiche. "Il nostro obiettivo finale è realizzare un filtro per gas che possa essere utilizzato in una varietà di ambienti e un materiale filtrante ad alta efficienza con una varietà di funzioni", ha affermato Lai.