Filtro de ar apresenta excelente desempenho e resistência em ambientes hostis

3 de outubro de 2022

por Particologia

Uma equipe de pesquisadores projetou uma esponja composta de alto desempenho que funciona de forma eficaz para filtrar partículas em ambientes de alta temperatura e alta umidade. A esponja, com suas excelentes propriedades mecânicas, é feita de materiais ecológicos. Este filtro tem potencial para ajudar a combater a poluição do ar nos automóveis e na indústria.

A equipe de pesquisadores chineses da Universidade de Fuzhou publicou seu trabalho na revista Particuology em 3 de outubro de 2022.

O material particulado do escapamento de automóveis e das chaminés industriais representa um perigo significativo para os seres humanos e para o meio ambiente. O problema da poluição por gases de escape existe em países de todo o mundo. A poluição particulada é especialmente perigosa para os seres humanos, prejudicando o sistema nervoso central e o sistema respiratório. Para resolver o problema da poluição do ar e melhorar a qualidade do meio ambiente, os cientistas têm trabalhado para construir filtros de ar melhores. Mas, até este ponto, os filtros de ar que estão sendo desenvolvidos não tiveram um bom desempenho em ambientes hostis, onde altas temperaturas, alta umidade ou a necessidade de longos períodos de filtragem trazem desafios adicionais.

Para construir um filtro de ar melhor, a equipe de pesquisa projetou um dispositivo tridimensional de captura de partículas. Eles usaram um método de modelo de sacrifício simples para criar uma esponja de polidimetilsiloxano (PDMS). Em seguida, eles aplicaram um revestimento de polidopamina (PDA) no esqueleto da esponja usando um método de carregamento in-situ. Em seguida, um grande número de partículas de ZIF-8 foi cultivado no revestimento de PDA. O ZIF-8 é uma estrutura metal-orgânica, uma classe de materiais porosos que são versáteis em sua capacidade de ajuste estrutural e químico. Estruturas metal-orgânicas apresentam bom potencial para aplicações nas áreas de adsorção de gases e filtragem de ar. Os poros abundantes na esponja composta proporcionam um bom fluxo de ar e as partículas ZIF-8 melhoram o desempenho de filtragem da esponja.

A equipe testou sua esponja em condições de alta temperatura (250 graus Celsius) e alta umidade (90% de umidade relativa) que simularam um ambiente industrial de alta temperatura. Os resultados nas altas temperaturas e umidade mostram o forte potencial da esponja composta para aplicações na indústria.

A equipe testou ainda mais a esponja composta nas condições exigidas para uso na filtragem de escapamento de automóveis. A esponja pode ser facilmente moldada e possui estabilidade estrutural, permitindo que seja utilizada em diversos cenários, conforme a necessidade. Então a equipe preparou a esponja composta para encaixar na boca do escapamento. Nos testes de escapamento de automóveis, que simularam o escapamento emitido por automóveis em operação normal, a esponja composta obteve mais de 99% de eficiência na remoção de material particulado. Mesmo após 65 horas de filtração, a esponja composta ainda alcançou excelente desempenho.

“Este estudo fornece uma nova ideia para projetar filtros de ar 3D de alta eficiência que podem se adaptar a ambientes hostis”, disse Yuekun Lai, professor da Universidade de Fuzhou. Como a esponja composta tem boa estabilidade estrutural e também pode ser facilmente moldada, ela é adequada para uso em aplicações que vão desde exaustão de automóveis a chaminés industriais e ventiladores de cozinha.

“Na próxima etapa, nossa equipe de pesquisa explorará filtros de gás que podem se adaptar a temperaturas mais altas, bem como formas de tratar certos componentes de poluentes do ar, não apenas a filtragem de material particulado”, disse Lai. Dessa forma, os pesquisadores poderão ampliar os cenários de aplicação dos filtros de gás e também melhorar o potencial de aplicações práticas. "Nosso objetivo final é conseguir um filtro de gás que possa ser usado em uma variedade de ambientes e um material de filtro de alta eficiência com uma variedade de funções", disse Lai.