斬新なエアフィルターがさまざまな汚染物質を捕集

Nov 08, 2023

2023 年 2 月 23 日

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ワシントン州立大学による

石油製品の代わりにトウモロコシタンパク質で作られたエアフィルターは、現在のエアフィルターでは捕捉できない小さな粒子だけでなく、ホルムアルデヒドなどの有毒化学物質も同時に捕捉できます。

この研究は、特に空気の質が非常に悪い世界の地域において、より優れた空気清浄機につながる可能性がある。 ワシントン州立大学のエンジニアは、このバイオベースのフィルターの材料の設計とテストについて、分離と精製テクノロジー誌に報告しています。

「粒子状物質は濾過するのがそれほど難しいことではありませんが、さまざまな種類の化学ガス分子を同時に捕捉することがより重要です」とWSU機械材料工学部教授で論文の責任著者であるKatie Zhong氏は述べた。 「これらのタンパク質ベースの空気濾過材は、複数種の大気汚染物質を捕捉するのに非常に有望であるはずです。」

空気の質の悪さは、喘息、心臓病、肺がんなどの病気の要因となります。 市販の空気清浄機は、すす、煙、車の排気ガスに含まれる微粒子を除去し、肺に直接吸い込まれる可能性がありますが、大気汚染には、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、その他の揮発性有機化合物などの他の有害なガス分子も含まれることがよくあります。

HEPA フィルターとしても知られる一般的な高効率微粒子エア フィルターは、ミクロン サイズの細孔を備えているため、小さな粒子は捕捉できますが、ガス状分子は捕捉できません。 それらはほとんどの場合、石油製品とガラスでできており、古いフィルターを廃棄すると二次汚染につながるとZhong氏は述べた。

WSUの研究者らは、市販のHEPAフィルターと同様に小さな粒子状物質を99.5％捕捉し、同時に、特に粒子状物質向けに特別に設計されたエアフィルターよりも高い87％のホルムアルデヒドを捕捉できる、トウモロコシタンパク質繊維から作られた、より環境に優しいエアフィルターを開発した。毒物の種類。

研究者らが研究対象にトウモロコシを選んだのは、米国に農産物として豊富に存在するためである。トウモロコシのタンパク質は疎水性でもある。つまり、このタンパク質は水をはじき、マスクの中などの湿気の多い環境でもうまく機能する可能性がある。

トウモロコシタンパク質のアミノ酸は官能基として知られています。 タンパク質の表面に露出すると、これらの官能基は複数の手のように機能し、有毒な化学分子をつかみます。 研究者らは、タンパク質表面の官能基を露出させ、そこでホルムアルデヒドを捕捉することでこれを実証した。 彼らは、タンパク質のさらなる再構成により、空気中からさまざまな化学物質を捕捉できる触手のような官能基のセットを開発できる可能性があると理論づけています。

「メカニズムから考えると、このタンパク質ベースのエアフィルターがより多くの種類の有毒化学分子を捕捉できると期待するのは非常に合理的です」とZhong氏は述べた。

彼らが開発した三次元構造は、研究チームが以前に開発したタンパク質の薄膜よりも単純な製造方法としてより有望である。 彼らは、少量の化学物質であるポリビニルアルコールを使用して、ナノファイバーを接着して軽量のフォーム状の素材を作りました。

「この研究は、豊富な天然バイオマスから作られた環境に優しい多機能エアフィルターを製造するための新しいルートを提供します」とZhong氏は述べた。 「この技術は人々の健康と環境にとって非常に重要であり、商業化されるべきだと私は信じています。」

研究者らは、さまざまな官能基構造や他の有毒化学分子の使用など、さらなるテストを実施したいと考えている。 この研究は、Zhong 氏に加えて、大学院生の Shengnan Lin 氏、Ming Luo 氏、WSU 機械材料工学部の Flaherty 助教授、および博士研究員の Xuewei Fu 氏によって実施されました。

詳しくは： Shengnan Lin et al、ホルムアルデヒドおよび粒子状汚染物質に対する独特の濾過能力を備えたタンパク質エアロゲル、分離および精製技術 (2023)。 DOI: 10.1016/j.seppur.2023.123179

ワシントン州立大学提供