Neuartiger Luftfilter fängt verschiedenste Schadstoffe ein

Nov 08, 2023

23. Februar 2023

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von der Washington State University

Ein Luftfilter, der aus Maisprotein anstelle von Erdölprodukten hergestellt wird, kann gleichzeitig kleine Partikel sowie giftige Chemikalien wie Formaldehyd auffangen, was bei herkömmlichen Luftfiltern nicht der Fall ist.

Die Forschung könnte zu besseren Luftreinigern führen, insbesondere in Regionen der Welt, die unter einer sehr schlechten Luftqualität leiden. Ingenieure der Washington State University berichten in der Fachzeitschrift Separation and Purification Technology über das Design und die Materialtests für diesen biobasierten Filter.

„Partikel sind nicht so schwer zu filtern, aber das gleichzeitige Einfangen verschiedener Arten chemischer Gasmoleküle ist wichtiger“, sagte Katie Zhong, Professorin an der School of Mechanical and Materials Engineering der WSU und entsprechende Autorin des Artikels. „Diese proteinbasierten Luftfiltermaterialien sollten sehr vielversprechend sein, um mehrere Arten von Luftschadstoffen einzufangen.“

Eine schlechte Luftqualität ist ein Faktor bei Krankheiten wie Asthma, Herzerkrankungen und Lungenkrebs. Kommerzielle Luftreiniger entfernen winzige Partikel aus Ruß, Rauch oder Autoabgasen, die direkt in die Lunge eingeatmet werden könnten. Luftverschmutzung enthält jedoch häufig auch andere gefährliche Gasmoleküle wie Kohlenmonoxid, Formaldehyd und andere flüchtige organische Verbindungen.

Mit mikrometergroßen Poren können typische hocheffiziente Partikelluftfilter, auch HEPA-Filter genannt, kleine Partikel einfangen, sind jedoch nicht in der Lage, gasförmige Moleküle einzufangen. Sie bestehen meist aus Erdölprodukten und Glas, was zu einer Sekundärverschmutzung führt, wenn alte Filter weggeworfen werden, sagte Zhong.

Die WSU-Forscher entwickelten einen umweltfreundlicheren Luftfilter aus Maisproteinfasern, der ähnlich wie kommerzielle HEPA-Filter gleichzeitig 99,5 % der kleinen Partikel und 87 % des Formaldehyds auffangen konnte, was mehr ist als speziell dafür entwickelte Luftfilter Arten von Giftstoffen.

Die Forscher wählten Mais für die Untersuchung aus, da er in den USA als landwirtschaftliches Produkt häufig vorkommt. Das Maisprotein ist außerdem hydrophob, was bedeutet, dass das Protein Wasser abstößt und in einer feuchten Umgebung, beispielsweise in einer Maske, gut funktionieren könnte.

Die Aminosäuren im Maisprotein werden als funktionelle Gruppen bezeichnet. Wenn diese funktionellen Gruppen an der Oberfläche des Proteins freigelegt werden, wirken sie wie mehrere Hände und greifen nach den giftigen chemischen Molekülen. Die Forscher demonstrierten dies, indem sie eine funktionelle Gruppe an der Proteinoberfläche freilegten, wo sie Formaldehyd festhielt. Sie gehen davon aus, dass durch eine weitere Neuordnung der Proteine ​​ein tentakelartiger Satz funktioneller Gruppen entstehen könnte, der verschiedene Chemikalien aus der Luft aufnehmen könnte.

„Aufgrund des Mechanismus kann man durchaus davon ausgehen, dass dieser proteinbasierte Luftfilter mehr Arten giftiger chemischer Moleküle einfangen könnte“, sagte Zhong.

Die dreidimensionale Struktur, die sie entwickelt haben, verspricht auch mehr Potenzial für eine einfache Herstellungsmethode als dünne Proteinfilme, die das Forschungsteam zuvor entwickelt hat. Sie verwendeten eine kleine Menge einer Chemikalie, Polyvinylalkohol, um die Nanofasern zu einem leichten, schaumartigen Material zusammenzukleben.

„Diese Arbeit bietet einen neuen Weg zur Herstellung umweltfreundlicher und multifunktionaler Luftfilter aus reichlich vorhandener natürlicher Biomasse“, sagte Zhong. „Ich glaube, dass diese Technologie für die Gesundheit der Menschen und unsere Umwelt sehr wichtig ist und kommerzialisiert werden sollte.“

Die Forscher würden gerne weitere Tests durchführen, einschließlich der Verwendung verschiedener funktioneller Gruppenstrukturen und anderer toxischer chemischer Moleküle. Neben Zhong wurde die Arbeit von dem Doktoranden Shengnan Lin, Ming Luo, Flaherty-Assistenzprofessor an der WSU School of Mechanical and Materials Engineering, und dem Postdoktoranden Xuewei Fu durchgeführt.

Mehr Informationen: Shengnan Lin et al, Ein Protein-Aerogel mit ausgeprägten Filtrationsfähigkeiten für Formaldehyd und partikuläre Schadstoffe, Separation and Purification Technology (2023). DOI: 10.1016/j.seppur.2023.123179

Zur Verfügung gestellt von der Washington State University