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 alta umidità. La spugna, con le sue eccellenti proprietà meccaniche, è realizzata con materiali ecocompatibili. 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, in quanto danneggia il sistema nervoso centrale e il sistema 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'umidità elevata o la necessità di lunghi periodi di filtrazione comportano ulteriori sfide.

Per costruire un filtro dell'aria migliore, il team di ricerca ha progettato un dispositivo di cattura delle particelle tridimensionale. Hanno usato un semplice metodo di sagoma sacrificale per creare una spugna di polidimetilsilossano (PDMS). Successivamente, hanno applicato un rivestimento in polidopamina (PDA) sullo scheletro della spugna utilizzando un metodo di caricamento in situ. Quindi, un gran numero di particelle ZIF-8 è stato coltivato sul rivestimento PDA. ZIF-8 è una struttura metallo-organica, una classe di materiali porosi versatili nella loro sintonizzabilità strutturale e chimica. Le strutture metallo-organiche mostrano un buon potenziale per applicazioni nei campi dell'adsorbimento di 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 filtrazione 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 all'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 esigenze. Quindi il team ha preparato la spugna composita per adattarsi alla bocca del tubo di scarico. Nei test sui gas di scarico delle automobili, che hanno simulato 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 raggiunto 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 ai ventilatori da cucina.

"Nella fase successiva, il nostro team di ricerca esplorerà i filtri per gas che possono 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 per gas e anche migliorare il potenziale per le applicazioni pratiche. "Il nostro obiettivo finale è quello di ottenere 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.

Il team di ricerca comprende Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang e Yuekun Lai del College of Chemical Engineering, Fuzhou University. Cai, Huang e Lai lavorano anche al Qingyuan Innovation Laboratory. + Esplora ulteriormente

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