L’adsorption électrostatique est un complément essential à la filtration mécanique pour un filtrage de l’air à haute efficacité lors de l’utilisation de masques faciaux. Cependant, la cost électrostatique des filtres diminue avec le temps, en particulier dans des ailments humides. Une équipe de recherche de la Metropolis College of Hong Kong (CityU) a conçu avec succès un masque facial électrostatique à charge respiratoire qui peut “s’auto-charger” par la respiration de l’utilisateur et reconstituer en continu sa cost électrostatique lorsque l’utilisateur porte et respire à travers le masque. Cela augmente considérablement les performances de filtrage en cas d’utilisation prolongée du masque jusqu’à 60 heures, contre quatre heures pour un masque chirurgical classique. Cela profite également à l’environnement.
Les masques faciaux sont une méthode straightforward et économique pour prévenir le COVID-19 et d’autres maladies transmises par l’air. La plupart des masques faciaux ont trois couches fonctionnelles : une couche centrale en polypropylène soufflé à l’état fondu (PP) comme milieu filtrant et deux tissus non tissés filés-liés (généralement PP ou polyéthylène (PE)) comme couches de assist, y compris une couche hydrophile, portée vers l’intérieur, pour absorber l’humidité de la respiration et une couche hydrophobe, portée vers l’extérieur, pour repousser les fluides.
S’attaquer au problème du déclin de l’efficacité de l’adsorption électrostatique
L’électrofilature offre une meilleure filtration mécanique que la technologie de fusion-soufflage largement utilisée dans l’industrie. Mais la filtration mécanique seule n’offre pas une safety suffisante. Une resolution consiste à introduire un champ électrique pour conférer au média filtrant une demand électrostatique, ce qui facilite le piégeage des particules ultrafines. Cependant, l’efficacité de l’adsorption électrostatique diminue avec le temps, en particulier dans un environnement humide lorsque l’humidité est exhalée lors de la respiration.
“Bien que de nombreux rapports travaillent sur la reconstitution de la charge pour une efficacité d’adsorption électrostatique de longue durée, une resource d’alimentation supplémentaire est généralement nécessaire, ce qui est encombrant et peu pratique”, a expliqué le Dr Yang Zhengbao, professeur agrégé au Département de génie mécanique et au Département des matériaux. Science et ingénierie à CityU, qui a dirigé la recherche. “Nous avons développé un filtre à air efficace, tough et peu coûteux qui peut continuellement reconstituer la demand électrostatique de manière automobile-rechargeable.”
L’équipe de recherche a introduit un filtre à air vehicle-chargeant (SAF), qui exploite l’effet triboélectrique et permet une élimination efficace et prolongée des particules en suspension dans l’air. En prenant en sandwich le milieu filtrant en nanofibres de fluorure de polyvinylidène (PVDF) électrofilé entre deux couches de tissu en nylon triboélectrique, le SAF génère en continu des expenses électrostatiques excitées par la respiration. En conséquence, le SAF offre des performances durables d’élimination des particules, maintenant une efficacité élevée de 95,8 % après 60 heures de check (dont 30 heures de port).
“Alors que la couche intermédiaire va et vient entre les couches latérales avec respiration, un transfert de charge se produit entre le PVDF et le nylon en raison de leur grande différence d’affinité électronique, ce qui entraîne une cost négative de la couche de PVDF et une cost positive des couches de nylon”, a expliqué Docteur Yang. “Ce processus d’auto-charge permet la reconstitution go on des charges électrostatiques et une adsorption électrostatique prolongée.”
“Auto-demand” pilotée par la respiration de l’utilisateur
Le coût des matières premières du SAF pour la fabrication d’un masque est aussi bas que, 47 $ HK, ce qui en fait l’option la plus rentable parmi les masques couramment utilisés, tels que les masques chirurgicaux, N95, KF94 et KN95.
Les résultats ont été publiés dans Nature Communications sous le titre “Masques faciaux électrostatiques automobile-chargeables tirant parti de la triboélectrification pour une filtration prolongée de l’air”.
Cette stratégie prometteuse d’auto-charge pour tirer parti de l’effet triboélectrique ouvre une nouvelle voie pour le développement de methods de filtrage de l’air à haut rendement et à longue durée de vie. “Il est suggéré de changer les masques chirurgicaux toutes les quatre heures dans un environnement à haut risque, mais le grand nombre de masques jetés entraîne de graves problèmes environnementaux”, a déclaré le Dr Yang. “Nous nous attendons à ce que cette stratégie d’auto-charge prolonge considérablement la durée de vie des masques faciaux, améliore l’efficacité de la safety contre le coronavirus et réduise la demand environnementale causée par les masques jetés.”
La recherche a également établi une relation quantitative entre l’efficacité de filtration et le potentiel électrostatique de floor, ce qui est crucial pour une output industrielle standardisée à haut rendement.
Le premier auteur de l’article est le Dr Peng Zehua, postdoctorant CityU au Département de génie mécanique. Le Dr Yang est l’auteur correspondant. Parmi les autres collaborateurs de CityU figurent le professeur Michael Leung Kwok-hi, professeur d’énergie et d’environnement du Shun Hing Education and Charity Fund, le professeur Li Wenjung, professeur titulaire et M. Shi Jihong, Ph.D. étudiant au Département de génie mécanique, et des chercheurs du groupe du Dr Yang, dont le Dr Hong Ying, le Dr Li Xuemu et le Dr Zhang Weiwei.
La recherche a été financée par CityU, le Hong Kong Research Grants Council, le Hong Kong Innovation and Technology Fund, le Shenzhen Basic Study Application et la National Organic Science Foundation of China.