Gli scienziati progettano un respiro

Sep 10, 2023

16 febbraio 2023

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dalla City University di Hong Kong

L'adsorbimento elettrostatico è un importante complemento alla filtrazione meccanica per il filtraggio dell'aria ad alta efficienza nell'uso delle maschere facciali. Tuttavia, la carica elettrostatica dei filtri diminuisce nel tempo, soprattutto in condizioni umide.

Un gruppo di ricerca presso la City University di Hong Kong (CityU) ha progettato con successo una maschera elettrostatica respiratoria che può “autocaricarsi” attraverso la respirazione dell’utente e ricostituire continuamente la sua carica elettrostatica mentre l’utente indossa e respira attraverso la maschera. Ciò aumenta notevolmente le prestazioni di filtraggio nell'uso prolungato della maschera fino a 60 ore, rispetto alle quattro ore di una maschera chirurgica convenzionale. Ciò va a vantaggio anche dell’ambiente.

Le mascherine per il viso sono un metodo semplice ed economico per prevenire il COVID-19 e altre malattie trasmesse per via aerea. La maggior parte delle maschere facciali ha tre strati funzionali: uno strato centrale di polipropilene (PP) soffiato a fusione come mezzo filtrante e due tessuti non tessuti spun-bonding (generalmente PP o polietilene (PE)) come strati di supporto, compreso uno strato idrofilo, indossato verso l'interno , per assorbire l'umidità dalla respirazione e uno strato idrofobo, indossato verso l'esterno, per respingere i liquidi.

L’elettrofilatura fornisce una migliore filtrazione meccanica rispetto alla tecnologia melt-blown ampiamente utilizzata nel settore. Ma la filtrazione meccanica da sola non fornisce una protezione sufficiente. Una soluzione è introdurre un campo elettrico per conferire al mezzo filtrante una carica elettrostatica, che facilita l’intrappolamento delle particelle ultrafini. Tuttavia, l’efficacia dell’adsorbimento elettrostatico diminuisce nel tempo, soprattutto in un ambiente umido quando l’umidità viene espirata durante la respirazione.

"Sebbene molti studi lavorino sul ripristino della carica per un'efficacia di adsorbimento elettrostatico di lunga durata, generalmente è necessaria una fonte di energia aggiuntiva, il che è ingombrante e scomoda", ha spiegato il dottor Yang Zhengbao, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e il Dipartimento di Ingegneria Scienza e ingegneria dei materiali presso CityU, che ha guidato la ricerca. "Abbiamo sviluppato un filtro dell'aria efficiente, durevole ed economico in grado di ripristinare continuamente la carica elettrostatica in modo autocaricante."

Il gruppo di ricerca ha introdotto un filtro dell’aria autocaricante (SAF), che sfrutta l’effetto triboelettrico e ottiene una rimozione efficiente e prolungata delle particelle sospese nell’aria. Inserendo il mezzo filtrante in nanofibra di polivinilidene fluoruro (PVDF) elettrofilato tra due strati di tessuto di nylon triboelettrico, il SAF genera continuamente cariche elettrostatiche eccitate dalla respirazione. Di conseguenza, il SAF fornisce prestazioni durevoli di rimozione delle particelle, mantenendo un'efficienza elevata pari al 95,8% dopo 60 ore di test (incluse 30 ore di utilizzo).