Il nuovo filtro dell'aria cattura un'ampia varietà di sostanze inquinanti

Nov 08, 2023

23 febbraio 2023

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dalla Washington State University

Un filtro dell'aria realizzato con proteine ​​di mais anziché con prodotti petroliferi può catturare contemporaneamente piccole particelle e sostanze chimiche tossiche come la formaldeide che gli attuali filtri dell'aria non possono.

La ricerca potrebbe portare a migliori purificatori dell’aria, in particolare nelle regioni del mondo che soffrono di una qualità dell’aria molto scarsa. Gli ingegneri della Washington State University riferiscono della progettazione e dei test dei materiali per questo filtro a base biologica nella rivista Separation and Purification Technology.

"Il particolato non è così difficile da filtrare, ma catturare simultaneamente vari tipi di molecole di gas chimico è più significativo", ha affermato Katie Zhong, professoressa presso la Scuola di ingegneria meccanica e dei materiali della WSU e autrice corrispondente dell'articolo. "Questi materiali per il filtraggio dell'aria a base proteica dovrebbero essere molto promettenti nel catturare molteplici specie di inquinanti atmosferici."

La cattiva qualità dell’aria è un fattore determinante in malattie come l’asma, le malattie cardiache e il cancro ai polmoni. I purificatori d’aria commerciali rimuovono minuscole particelle presenti nella fuliggine, nel fumo o negli scarichi delle auto, che potrebbero essere inalate direttamente nei polmoni, ma l’inquinamento atmosferico spesso contiene anche altre molecole gassose pericolose, come monossido di carbonio, formaldeide e altri composti organici volatili.

Con pori di dimensioni micron, i tipici filtri dell'aria antiparticolato ad alta efficienza, noti anche come filtri HEPA, possono catturare le piccole particelle ma non sono in grado di catturare le molecole gassose. Nella maggior parte dei casi sono realizzati con prodotti petroliferi e vetro, il che porta a un inquinamento secondario quando i vecchi filtri vengono gettati via, ha affermato Zhong.

I ricercatori della WSU hanno sviluppato un filtro dell'aria più rispettoso dell'ambiente realizzato con fibre di proteine ​​di mais in grado di catturare contemporaneamente il 99,5% di piccole particelle, simili ai filtri HEPA commerciali, e l'87% di formaldeide, un valore superiore rispetto ai filtri dell'aria appositamente progettati per quelli tipi di sostanze tossiche.

I ricercatori hanno scelto il mais da studiare per la sua abbondanza come prodotto agricolo negli Stati Uniti. La proteina del mais è anche idrofoba, il che significa che la proteina respinge l'acqua e potrebbe funzionare bene in un ambiente umido come in una maschera.

Gli amminoacidi presenti nelle proteine ​​del mais sono conosciuti come gruppi funzionali. Quando esposti alla superficie della proteina, questi gruppi funzionali agiscono come più mani, afferrando le molecole chimiche tossiche. I ricercatori lo hanno dimostrato esponendo un gruppo funzionale sulla superficie della proteina, dove catturava la formaldeide. Teorizzano che un ulteriore riarrangiamento delle proteine ​​potrebbe sviluppare un insieme di gruppi funzionali simili a tentacoli in grado di catturare una varietà di sostanze chimiche dall’aria.

"Dal meccanismo, è molto ragionevole aspettarsi che questo filtro dell'aria a base di proteine ​​possa catturare più specie di molecole chimiche tossiche", ha detto Zhong.

La struttura tridimensionale che hanno sviluppato offre anche più promesse per un metodo di produzione semplice rispetto ai film sottili di proteine ​​che il gruppo di ricerca aveva sviluppato in precedenza. Hanno usato una piccola quantità di una sostanza chimica, alcol polivinilico, per incollare insieme le nanofibre in un materiale leggero simile a una schiuma.

"Questo lavoro fornisce una nuova strada per fabbricare filtri dell'aria ecologici e multifunzionali realizzati con abbondanti biomasse naturali", ha affermato Zhong. "Credo che questa tecnologia sia molto importante per la salute delle persone e per il nostro ambiente e dovrebbe essere commercializzata."

I ricercatori vorrebbero effettuare ulteriori test, compreso l’utilizzo di una varietà di strutture di gruppi funzionali e di altre molecole chimiche tossiche. Oltre a Zhong, il lavoro è stato condotto dallo studente laureato Shengnan Lin, Ming Luo, assistente professore di Flaherty presso la WSU School of Mechanical and Materials Engineering e dal ricercatore post-dottorato Xuewei Fu.