Новый воздушный фильтр улавливает широкий спектр загрязняющих веществ

Nov 08, 2023

23 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Вашингтонского государственного университета

Воздушный фильтр, сделанный из кукурузного белка вместо нефтепродуктов, может одновременно улавливать мелкие частицы, а также токсичные химические вещества, такие как формальдегид, чего не могут сделать современные воздушные фильтры.

Исследование может привести к созданию более эффективных очистителей воздуха, особенно в регионах мира, которые страдают от очень плохого качества воздуха. Инженеры Университета штата Вашингтон сообщают о разработке и испытаниях материалов для этого биологического фильтра в журнале Separation and Purification Technology.

«Твердые частицы не так сложно фильтровать, а одновременно улавливать различные виды химических молекул газа, что более важно», — сказала Кэти Чжун, профессор Школы машиностроения и материаловедения WSU и автор статьи, соответствующая корреспонденту. «Эти материалы для фильтрации воздуха на основе белков должны быть очень перспективными для улавливания нескольких видов загрязнителей воздуха».

Плохое качество воздуха является фактором возникновения таких заболеваний, как астма, болезни сердца и рак легких. Коммерческие очистители воздуха удаляют мельчайшие частицы сажи, дыма или выхлопных газов автомобилей, которые могут попасть непосредственно в легкие, но загрязненный воздух также часто содержит другие опасные газообразные молекулы, такие как окись углерода, формальдегид и другие летучие органические соединения.

Обладая порами микронного размера, типичные высокоэффективные воздушные фильтры для твердых частиц, также известные как фильтры HEPA, могут улавливать мелкие частицы, но не способны улавливать газообразные молекулы. Чаще всего они изготавливаются из нефтепродуктов и стекла, что приводит к вторичному загрязнению при выбрасывании старых фильтров, сказал Чжун.

Исследователи WSU разработали более экологически чистый воздушный фильтр из волокон кукурузного белка, который способен одновременно улавливать 99,5% мелких твердых частиц (аналогично коммерческим HEPA-фильтрам) и 87% формальдегида, что выше, чем у специально разработанных для них воздушных фильтров. виды ядов.

Исследователи выбрали кукурузу для исследования из-за ее распространенности в качестве сельскохозяйственного продукта в США. Белок кукурузы также гидрофобен, что означает, что белок отталкивает воду и может хорошо работать во влажной среде, например, в маске.

Аминокислоты в кукурузном белке известны как функциональные группы. Когда эти функциональные группы оказываются на поверхности белка, они действуют как несколько рук, захватывая токсичные химические молекулы. Исследователи продемонстрировали это, выявив функциональную группу на поверхности белка, где она захватывает формальдегид. Они предполагают, что дальнейшая перегруппировка белков может привести к образованию набора функциональных групп, напоминающего щупальца, которые смогут захватывать различные химические вещества из воздуха.

«Исходя из механизма, вполне разумно ожидать, что этот воздушный фильтр на основе белка сможет улавливать больше видов токсичных химических молекул», — сказал Чжун.

Разработанная ими трехмерная структура также предлагает больше возможностей для простого метода производства, чем тонкие пленки белков, которые исследовательская группа разработала ранее. Они использовали небольшое количество химического вещества, поливинилового спирта, чтобы склеить нановолокна в легкий пенообразный материал.

«Эта работа открывает новый путь к производству экологически чистых и многофункциональных воздушных фильтров, изготовленных из богатой природной биомассы», — сказал Чжун. «Я считаю, что эта технология очень важна для здоровья людей и нашей окружающей среды, и ее следует коммерциализировать».

Исследователи хотели бы провести больше испытаний, в том числе с использованием различных структур функциональных групп и других токсичных химических молекул. Помимо Чжуна, работу проводили аспирант Шэннань Линь, Мин Луо, доцент Флаэрти в Школе машиностроения и материаловедения WSU, и научный сотрудник Сюевэй Фу.