El filtro de aire muestra un excelente rendimiento y resistencia en entornos hostiles

3 de octubre de 2022

por Particuología

Un equipo de investigadores ha diseñado una esponja compuesta de alto rendimiento que funciona eficazmente para filtrar partículas en entornos de alta temperatura y alta humedad. La esponja, con sus excelentes propiedades mecánicas, está fabricada con materiales respetuosos con el medio ambiente. Este filtro tiene potencial para ayudar a combatir la contaminación del aire en los automóviles y en la industria.

El equipo de investigadores chinos de la Universidad de Fuzhou publicó su trabajo en la revista Particuology el 3 de octubre de 2022.

Las partículas de escape de los automóviles y las chimeneas industriales representan un peligro significativo tanto para los humanos como para el medio ambiente. El problema de la contaminación por gases de escape existe en países de todo el mundo. La contaminación por partículas es especialmente peligrosa para los humanos, ya que daña el sistema nervioso central y el sistema respiratorio. Para resolver el problema de la contaminación del aire y mejorar la calidad del medio ambiente, los científicos han estado trabajando para construir mejores filtros de aire. Pero hasta este punto, los filtros de aire que se están desarrollando no han funcionado bien en entornos hostiles, donde las altas temperaturas, la alta humedad o la necesidad de largos períodos de filtración presentan desafíos adicionales.

Para construir un mejor filtro de aire, el equipo de investigación diseñó un dispositivo de captura de partículas tridimensional. Utilizaron un método de plantilla de sacrificio simple para crear una esponja de polidimetilsiloxano (PDMS). A continuación, aplicaron una capa de polidopamina (PDA) sobre el esqueleto de la esponja mediante un método de carga in situ. Luego, se hizo crecer una gran cantidad de partículas de ZIF-8 en el recubrimiento de PDA. ZIF-8 es un marco orgánico de metal, una clase de materiales porosos que son versátiles en su capacidad de ajuste estructural y química. Las estructuras organometálicas presentan un buen potencial para aplicaciones en los campos de la adsorción de gases y la filtración de aire. Los poros abundantes en la esponja compuesta brindan un buen flujo de aire y las partículas ZIF-8 mejoran el rendimiento de filtración de la esponja.

El equipo probó su esponja en condiciones de alta temperatura (250 grados Celsius) y alta humedad (90 % de humedad relativa) que simulaban un entorno industrial de alta temperatura. Los resultados a altas temperaturas y humedad muestran el gran potencial de la esponja compuesta para aplicaciones en la industria.

El equipo probó aún más la esponja compuesta en las condiciones requeridas para su uso en el filtrado de gases de escape de automóviles. La esponja se puede moldear fácilmente y tiene estabilidad estructural, lo que permite su uso en diferentes escenarios, según sea necesario. Así que el equipo preparó la esponja compuesta para que encajara en la boca del tubo de escape. En las pruebas de escape de automóviles, que simularon el escape emitido por los automóviles durante el funcionamiento normal, la esponja compuesta logró una eficiencia superior al 99 % en la eliminación de partículas. Incluso después de 65 horas de filtración, la esponja compuesta logró un rendimiento excelente.

"Este estudio proporciona una nueva idea para diseñar filtros de aire 3D de alta eficiencia que puedan adaptarse a entornos hostiles", dijo Yuekun Lai, profesor de la Universidad de Fuzhou. Debido a que la esponja compuesta tiene una buena estabilidad estructural y también se puede moldear fácilmente, es adecuada para su uso en aplicaciones que van desde escapes de automóviles hasta chimeneas industriales y ventiladores de cocina.

"En el siguiente paso, nuestro equipo de investigación explorará filtros de gas que puedan adaptarse a temperaturas más altas, así como formas de tratar ciertos componentes de los contaminantes del aire, no solo la filtración de partículas", dijo Lai. De esta forma, los investigadores podrían ampliar los escenarios de aplicación de los filtros de gas y también mejorar el potencial de las aplicaciones prácticas. "Nuestro objetivo final es lograr un filtro de gas que se pueda usar en una variedad de entornos y un material de filtro de alta eficiencia con una variedad de funciones", dijo Lai.

El equipo de investigación incluye a Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang y Yuekun Lai de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Fuzhou. Cai, Huang y Lai también trabajan en el Laboratorio de Innovación de Qingyuan.

Más información: Yukui Gou et al, Rational diseñó la esponja compuesta ZIF-8@PDA@PDMS para el filtrado eficiente y sostenible de partículas en entornos hostiles, Particuology (2022). DOI: 10.1016/j.partic.2022.09.001