[ad_1]
La función principal de los equipos de protección individual (EPI), incluidas las mascarillas y los guantes, es filtrar los aerosoles de nanopartículas presentes en el aire.
![Filtro de grafeno ligero para bloquear nanopartículas en el aire](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39624_16620425225206423.jpg)
Estudio: Filtros de grafeno atómicamente delgados nanoporosos para aerosoles a nanoescala. Crédito: Mopic/Shutterstock.com
El PPE se usa ampliamente en investigación médica, cumplimiento de la ley, atención médica y aplicaciones militares. Los EPP convencionales solo pueden filtrar nanopartículas de un tamaño superior a 300 nm y no pueden bloquear los aerosoles de nanopartículas dañinas (por ejemplo, virus) que tienen un tamaño de alrededor de 20-300 nm.
Recientemente, los científicos han desarrollado un filtro basado en grafeno atómicamente delgado, liviano y ultracompacto que puede bloquear nanopartículas en aerosol con tamaños en el rango de menos de 20 nm. Este estudio está disponible en Interfaces y materiales aplicados de ACS.
Sistema convencional de filtrado de nanopartículas en el aire
Los aerosoles de nanopartículas contienen toxinas, contaminantes y virus dañinos, p. B. virus de la influenza, coronavirus y rinovirus, que varían en tamaño entre 20 y 300 nm de diámetro. Aunque los filtros de aire convencionales, como el filtro de eficiencia del 95 % (N95) y el filtro de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA), tienen índices de flujo de aire superiores, no pueden inhibir los aerosoles de nanopartículas de tamaño inferior a 300 nm.
Las máscaras faciales que pueden bloquear los aerosoles de nanopartículas por debajo de los 300 nm son voluminosas y desarrollan tensiones térmicas debido a la mala transpirabilidad. Para mejorar la aplicabilidad del PPE, se están implementando varias estrategias que se enfocan en producir polímeros porosos con mayor espesor que puedan filtrar toxinas, patógenos y contaminantes en aerosol de nanopartículas. Dos de las principales desventajas de este enfoque son la incapacidad de brindar protección a largo plazo debido a las inevitables fugas y la baja transpirabilidad debido al gran grosor.
La transpirabilidad de los materiales poliméricos tradicionales se ha mejorado con la introducción de la porosidad y el desarrollo de materiales compuestos orgánicos o inorgánicos reactivos que pueden inactivar patógenos y descomponer contaminantes. Algunas de las otras técnicas utilizadas para mejorar la transpirabilidad son la introducción de telas no tejidas y el desarrollo de membranas de fibra hueca a través de procesos de polímeros hilados.
Filtros basados en nanomateriales con transpirabilidad mejorada y capacidad filtrante
La fabricación de membranas con nanomateriales como los nanotubos de carbono (CNT) alineados verticalmente ha dado como resultado una mejor transpirabilidad y el bloqueo de aerosoles de nanopartículas de menos de 3 nm de diámetro. No obstante, los científicos se enfrentan a desafíos para ajustar los diámetros de CNT para dirigirse a nanopartículas en aerosol específicas.
El grafeno es un alótropo del carbono con delgadez atómica, robustez química, resistencia mecánica superior y alta densidad de nanoporos. Este material admite la separación selectiva por tamaño debido a una mayor capacidad de ajuste. Recientemente, los científicos demostraron una nueva estrategia para fabricar membranas de grafeno nanoporosas atómicamente delgadas para filtrar nanopartículas en el aire que varían en tamaño entre 5 y 20 nm con un flujo de aire más grande, es decir, aproximadamente 7.12 × 10−5 mol m−2 s −1 padre−1.
El grafeno de una sola capa recién sintetizado sobre lámina de cobre (Cu) se transfirió a un soporte de membrana de policarbonato grabado en seguimiento (PCTE) que contiene poros con un tamaño de aproximadamente 200 nm mediante el método de deposición química de vapor (CVD). Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) mostraron que el grafeno sintetizado se arrugó en una lámina de cobre, lo que indica una hoja de grafeno continua. La espectroscopia Raman con pico de grafeno característico confirma la síntesis de una película de grafeno monocapa de alta calidad. El análisis de gráficos colocados en soportes de PCTE por SEM mostró que la mayoría de los poros de PCTE contenían gráficos.
Las grietas grandes que aparecieron se repararon con tecnología de polimerización interfacial (IP). El soporte de PCTE con geometría cilíndrica bien definida podría sellar grietas en la capa de grafeno. También selló otros defectos macroscópicos. Después de IP, los nanoporos se introdujeron mediante un simple grabado con plasma de la red de grafeno. Estos nanoporos se caracterizaron para estimar el flujo de iones y moléculas impulsado por la difusión cuyo tamaño oscila entre 0,66 nm y 4 nm.
Finalmente, las membranas de grafeno se montaron en la configuración especialmente diseñada para demostrar su rendimiento en el filtrado de nanopartículas de aerosol utilizando dióxido de silicio (SiO2) modelo de nanopartículas. La estabilidad mecánica de la membrana estaba asegurada por una chapa de acero perforada. El estudio actual enfatizó fuertemente que se puede ofrecer una mayor permeabilidad al aire al aumentar el diámetro del poro del soporte y la porosidad del soporte junto con la disminución del espesor del soporte.
Los resultados experimentales mostraron que el grafeno de una sola capa sobre soportes de PCTE podía soportar una diferencia de presión de hasta 100 bares. Los nanoporos introducidos por un simple grabado con plasma de oxígeno facilitaron un aumento en la tasa de cambio de las lecturas de presión a 3,50 mTorr/s (tiempo de grabado de 60 segundos) y 8,78 mTorr/s (tiempo de grabado de 90 segundos). El aumento adicional del tiempo de plasma de oxígeno aumentó la tasa de cambio de presión hasta que alcanzó 13,11 mTorr/s en 180 segundos de tiempo de grabado.
Uso del modelo de nanopartículas de SiO2 para determinar la efectividad del filtro de grafeno
Se eligieron los aerosoles de sílice porque son esferas sólidas con una distribución de tamaño estrecha. Una baja concentración de SiO2 Se utilizaron nanopartículas para eliminar la formación de un recubrimiento en el filtro de grafeno. Es importante destacar que la tasa de cambio de presión se mantuvo sin cambios antes y después de la prueba con SiO de 5 nm2 nanopartículas.
El filtro de grafeno grabado durante 60 segundos mostró un claro cambio en la velocidad de impresión, lo que podría deberse a la formación de bloqueos por parte de las nanopartículas. Este hallazgo sugirió la filtración de nanopartículas en aerosol con un tamaño de alrededor de 5 nm.
El filtro de grafeno compacto, liviano y atómicamente delgado recientemente desarrollado puede bloquear nanopartículas más pequeñas de manera más efectiva y puede usarse en investigación médica, espacio, atención médica y más.
referencia
Cheng, P. et al. (2022) Filtros de grafeno atómicamente delgados nanoporosos para aerosoles a nanoescala. AInterfaces y materiales aplicados CS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10827
[ad_2]