Flerlagers nanofiberfilter kan ge högt skydd med lågt tryckfall, så att användarna kan andas bekvämt. Kredit:Hong Kong Polytechnic University
Forskare vid Hong Kong Polytechnic University har utvecklat en banbrytande filterteknik som skyddar mot de finaste föroreningarna i luften.
Dis består vanligtvis av föroreningar i form av små suspenderade partiklar eller fina dimma/droppar som släpps ut från fordon, kolkraftverk och fabriker. Fortsatt exponering ökar risken för att utveckla andningsproblem, hjärtsjukdomar och lungcancer. Kan vi undvika den ohälsosamma luften?
En enkel ansiktsmask som kan blockera suspenderade partiklar har utvecklats av forskare från avdelningen för maskinteknik vid Hong Kong Polytechnic University (PolyU). Projektet leds av professor Wallace Woon-Fong Leung, en känd filtreringsexpert, som har ägnat sin karriär åt att förstå dessa osynliga mördare.
I Hong Kong, suspenderade partiklar PM 10 och PM 2,5 övervakas. PM 10 avser partiklar som är 10 mikrometer (eller mikrometer) i storlek eller mindre, medan PM 2,5 mäter 2,5 mikron eller mindre. I framkant när det gäller att bekämpa luftföroreningar, Professor Leung riktar in sig på ultrafina föroreningar som ännu har tagits upp av luftkvalitetsmonitorer – partiklar som mäter 1 mikron eller mindre, som han uppfattade som ett viktigare hot mot människors hälsa.
"Från min synvinkel, nano-aerosoler (kolloid av fina fasta partiklar eller vätskedroppar av sub-mikron till nano-storlekar), som dieselutsläpp, är de mest dödliga av tre skäl. Först, de är i sitt överflöd efter antal hängande i luften. Andra, de är för små för att filtreras bort med nuvarande teknik. Tredje, de kan lätt passera våra lungor och arbeta sig in i våra andningsorgan, och därefter vår vaskulära, nerv- och lymfsystem, gör den värsta skadan."
Professor Wallace Woon-Fong Leung, en känd filtreringsexpert, och hans team från Institutionen för maskinteknik vid PolyU har framgångsrikt utvecklat en enkel ansiktsmask som kan blockera suspenderade partiklar. Kredit:Hong Kong Polytechnic University
Dock, det skulle vara svårt att andas genom masken om det krävdes för att blockera nanoaerosoler. För att göra ett effektivt filter som är mycket andningsbart, ett nytt filter som ger hög filtreringseffektivitet men ändå lågt luftmotstånd (eller lågt tryckfall) krävs.
Enligt professor Leung, förorenande partiklar kommer in i vår kropp på två sätt – genom luftflödet som bär dem och genom diffusionsrörelsen hos dessa små partiklar. När partiklarna fångas upp av maskens fibrer, de filtreras bort innan de når våra lungor.
Fibrer från naturliga eller syntetiska material kan göras till nanofibrer runt 1/500 av ett hårstrås diameter (cirka 0,1 mm) genom nanoteknik. Medan nanofibrer ökar ytan för avlyssning av nanoaerosol, de får också större luftmotstånd. Professor Leungs nya innovation syftar till att dela upp optimal mängd nanofibrer i flera lager åtskilda av ett permeabelt utrymme, vilket ger gott om utrymme för luft att passera.
En konventionell ansiktsmask kan endast blockera cirka 25 % av 0,3 mikron nanoaerosoler under standardtestförhållanden. Professor Leung sa:"Den flerskiktiga nanofibermasken kan blockera ut minst 80% av suspenderade nanoaerosoler, även de som är mindre än 0,3 mikron. Sålänge, bäraren kan andas lika bekvämt som att ha en konventionell ansiktsmask, vilket gör den utmärkt för alla utomhustillfällen. Ett annat alternativ är att tillhandahålla en nanofibermask som har samma fångsteffektivitet som en konventionell ansiktsmask, ändå är den åtminstone flera gånger mer andningsbar, vilket skulle vara lämpligt för arbetsgruppen."
Den nya filtreringstekniken har blivit välkänd. Nyligen, Professor Leung och hans team vann en guldmedalj och ett Special Merit Award från Rumäniens ministerium för nationell utbildning vid den 42:e internationella utställningen av uppfinningar i Genève som hölls i Schweiz.
Om genombrottet förvandlas till tättslutande kirurgiska masker, de är lika effektiva mot bakterier och virus vars storlekar är under 1 mikron. "I framtiden, sjukvårdspersonal i frontlinjen kan ha starkare skydd mot dödliga bakterier och virus, "tillade professor Leung.
Dessutom, en ny gasreningsteknik är under utveckling för att omvandla skadliga förorenande gaser, såsom NOx och flyktiga organiska föreningar, till ofarliga ämnen inklusive syror, koldioxid och vattenånga.
Går bortom personligt skydd, Filtrerings- och reningsteknikerna i kombination kan också rena luften i byggnader och förbättra inomhusluftens kvalitet. Professor Leung sa att de kunde göra luftrenande filter som lätt kan monteras i gamla och nya byggnader, utan några extra bärande strukturer eller extra kostnader. Därför, potentialen är obegränsad; luftrenande filter kan också installeras i kabiner på flygplan, fordon, tåg och fartyg. En sådan praktisk lösning kan vara framtidens väg för "renare och hälsosammare" luft.
