Uma equipe de pesquisadores projetou uma esponja composta de alto desempenho que funciona efetivamente para filtrar partículas em ambientes de alta temperatura e alta umidade. A esponja, com suas excelentes propriedades mecânicas, é feita de materiais ecologicamente corretos. Este filtro tem potencial para ajudar a combater a poluição do ar em 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 chaminés industriais representa um perigo significativo para os seres humanos e o meio ambiente. O problema da poluição por gases de escape existe em países ao redor do mundo. A poluição por partículas 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 melhores filtros de ar. 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 simples de modelo de sacrifício 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. ZIF-8 é uma estrutura metal-orgânica, uma classe de materiais porosos que são versáteis em sua afinação estrutural e química. As estruturas metal-orgânicas apresentam um 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 filtração da esponja.

A equipe testou sua esponja em condições de alta temperatura (250 graus Celsius) e alta umidade (90% de umidade relativa) que simulavam 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 a esponja composta nas condições necessárias para uso na filtragem de gases de escape de automóveis. A esponja pode ser facilmente moldada e possui estabilidade estrutural, permitindo que seja utilizada em diferentes cenários, conforme a necessidade. Assim, a equipe preparou a esponja composta para encaixar na boca do tubo de escape. Nos testes de exaustão de automóveis, que simularam a exaustão emitida pelos automóveis durante a operação normal, a esponja composta alcançou mais de 99% de eficiência na remoção de material particulado. Mesmo após 65 horas de filtração, a esponja composta ainda obteve 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 até 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 maneiras de tratar certos componentes de poluentes do ar, não apenas a filtragem de partículas”, disse Lai. Dessa forma, os pesquisadores podem ampliar os cenários de aplicação dos filtros de gás e também melhorar o potencial de aplicações práticas. "Nosso objetivo final é obter um filtro de gás que possa ser usado em diversos ambientes e um material filtrante de alta eficiência com diversas funções", disse Lai.

A equipe de pesquisa inclui Yukui Gou, Yuanye Hao, Weilong Cai, Jianying Huang e Yuekun Lai da Faculdade de Engenharia Química da Universidade de Fuzhou. Cai, Huang e Lai também trabalham no Laboratório de Inovação Qingyuan. + Explorar mais

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