El nuevo filtro de aire captura una amplia variedad de contaminantes

Nov 08, 2023

23 de febrero de 2023

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por la Universidad Estatal de Washington

Un filtro de aire hecho de proteína de maíz en lugar de productos derivados del petróleo puede capturar al mismo tiempo partículas pequeñas y sustancias químicas tóxicas como el formaldehído que los filtros de aire actuales no pueden.

La investigación podría conducir a mejores purificadores de aire, particularmente en regiones del mundo que sufren de muy mala calidad del aire. Los ingenieros de la Universidad Estatal de Washington informan sobre el diseño y las pruebas de materiales para este filtro de base biológica en la revista Tecnología de separación y purificación.

"Las partículas no son tan difíciles de filtrar, pero capturar simultáneamente varios tipos de moléculas de gases químicos, eso es más significativo", dijo Katie Zhong, profesora de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU y autora correspondiente del artículo. "Estos materiales de filtrado de aire a base de proteínas deberían ser muy prometedores para capturar múltiples especies de contaminantes del aire".

La mala calidad del aire es un factor en enfermedades como el asma, las enfermedades cardíacas y el cáncer de pulmón. Los purificadores de aire comerciales eliminan partículas diminutas en el hollín, el humo o el escape de los automóviles, que podrían inhalarse directamente a los pulmones, pero la contaminación del aire también suele contener otras moléculas gaseosas peligrosas, como monóxido de carbono, formaldehído y otros compuestos orgánicos volátiles.

Con poros del tamaño de una micra, los filtros de aire de partículas de alta eficiencia típicos, también conocidos como filtros HEPA, pueden capturar las partículas pequeñas pero no pueden capturar las moléculas gaseosas. En la mayoría de los casos, están hechos de productos derivados del petróleo y vidrio, lo que genera una contaminación secundaria cuando se desechan los filtros viejos, dijo Zhong.

Los investigadores de WSU desarrollaron un filtro de aire más ecológico hecho de fibras de proteína de maíz que fue capaz de capturar simultáneamente el 99,5 % de las partículas pequeñas, similar a los filtros HEPA comerciales, y el 87 % de formaldehído, que es más alto que los filtros de aire especialmente diseñados para esos tipos de tóxicos.

Los investigadores eligieron el maíz para estudiar debido a su abundancia como producto agrícola en los EE. UU. La proteína del maíz también es hidrofóbica, lo que significa que la proteína repele el agua y podría funcionar bien en un ambiente húmedo, como en una máscara.

Los aminoácidos en la proteína de maíz se conocen como grupos funcionales. Cuando se exponen en la superficie de la proteína, estos grupos funcionales actúan como múltiples manos, agarrando las moléculas químicas tóxicas. Los investigadores demostraron esto al exponer un grupo funcional en la superficie de la proteína, donde tomó formaldehído. Ellos teorizan que una mayor reorganización de las proteínas podría desarrollar un conjunto de grupos funcionales similares a tentáculos que podrían agarrar una variedad de químicos del aire.

"Desde el mecanismo, es muy razonable esperar que este filtro de aire basado en proteínas pueda capturar más especies de moléculas químicas tóxicas", dijo Zhong.

La estructura tridimensional que desarrollaron también ofrece más promesa para un método de fabricación simple que las películas delgadas de proteínas que el equipo de investigación desarrolló anteriormente. Usaron una pequeña cantidad de un químico, alcohol polivinílico, para unir las nanofibras en un material liviano similar a la espuma.

"Este trabajo proporciona una nueva ruta para la fabricación de filtros de aire multifuncionales y respetuosos con el medio ambiente hechos de abundante biomasa natural", dijo Zhong. "Creo que esta tecnología es muy importante para la salud de las personas y nuestro medio ambiente, y debería comercializarse".

A los investigadores les gustaría hacer más pruebas, incluido el uso de una variedad de estructuras de grupos funcionales y otras moléculas químicas tóxicas. Además de Zhong, el trabajo fue realizado por el estudiante graduado Shengnan Lin, Ming Luo, profesor asistente Flaherty en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU, y el becario postdoctoral Xuewei Fu.

Más información: Shengnan Lin et al, Un aerogel de proteína con capacidades distintivas de filtración para formaldehído y contaminantes de partículas, Tecnología de separación y purificación (2023). DOI: 10.1016/j.seppur.2023.123179

Proporcionado por la Universidad Estatal de Washington