Cellulose nổi lên như một chất lọc không khí thân thiện với môi trường

Bạn đã bao giờ trải qua cảm giác khó chịu khi hít thở trong khói bụi dày đặc, cảm thấy như không khí trở nên đặc quánh và có sạn? Hoặc có lẽ bạn đã nhận thấy mùi sơn mới nồng nặc còn vương vấn trong những căn phòng mới được cải tạo? Ô nhiễm không khí không còn là một huyền thoại đô thị xa vời mà là một mối đe dọa vô hình trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta. Theo Tổ chức Y tế Thế giới, hàng triệu sinh mạng bị mất hàng năm do ô nhiễm không khí, trong đó ô nhiễm không khí trong nhà là một vấn đề đặc biệt nghiêm trọng.

Có một giải pháp thân thiện với môi trường và hiệu quả để giảm bớt tình trạng "khó thở" này không? Câu trả lời là có. Hôm nay, chúng ta sẽ khám phá tiềm năng đáng kinh ngạc của cellulose—một vật liệu tự nhiên—trong lĩnh vực lọc không khí.

Các chất gây ô nhiễm không khí có nhiều dạng và bắt nguồn từ nhiều nguồn khác nhau, từ khí thải công nghiệp và khí thải xe cộ đến các mối nguy hiểm trong gia đình như khói nấu ăn và các hóa chất dễ bay hơi được thải ra từ vật liệu xây dựng. Các chất gây ô nhiễm chính bao gồm:

• Vật chất dạng hạt (PM): Thủ phạm chính gây ô nhiễm không khí, được phân loại theo kích thước là PM2.5 và PM10. Các hạt PM2.5, do kích thước nhỏ hơn, xâm nhập sâu hơn vào phổi và máu, gây ra các rủi ro sức khỏe lớn hơn.
• Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC): Chúng bao gồm formaldehyde, benzen và toluen, thường được thải ra từ vật liệu xây dựng, đồ nội thất và sơn. Tiếp xúc lâu dài có thể dẫn đến nhức đầu, buồn nôn và thậm chí làm tăng nguy cơ ung thư.
• Carbon Dioxide (CO2): Mặc dù không độc hại, nhưng lượng khí thải CO2 quá mức góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Bộ lọc không khí thông thường dựa vào các vật liệu tổng hợp như polyimide, polyacrylonitrile và sợi thủy tinh. Mặc dù có hiệu quả ở một mức độ nào đó, nhưng các vật liệu này phải đối mặt với một số nhược điểm:

• Cơ chế lọc hạn chế: Chúng chủ yếu lọc các chất gây ô nhiễm dựa trên kích thước, thiếu khả năng hấp phụ hoặc phân hủy chủ động.
• Thiếu sót về chức năng: Việc thiếu các nhóm chức năng phản ứng hạn chế khả năng trung hòa hóa học các chất gây ô nhiễm của chúng.
• Chi phí cao: Chi phí sản xuất làm tăng giá bộ lọc.
• Tác động đến môi trường: Không phân hủy sinh học và khó tái chế, góp phần gây ô nhiễm.

Để giải quyết những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang các polyme sinh học như cellulose—một vật liệu dồi dào tự nhiên, có thể tái tạo và phân hủy sinh học có nguồn gốc từ thành tế bào thực vật. Ưu điểm của nó bao gồm:

• Nguồn dồi dào: Được chiết xuất từ gỗ, bông và các loại cây khác.
• Thân thiện với môi trường: Hoàn toàn có thể phân hủy sinh học và tái chế.
• Chế biến linh hoạt: Có thể được thiết kế thành nhiều dạng khác nhau để ứng dụng lọc.

Vật liệu gốc cellulose cho thấy nhiều hứa hẹn trong nhiều công nghệ lọc không khí:

• Bộ lọc không khí cellulose: Cung cấp hiệu quả lọc cao hơn đối với vật chất dạng hạt và VOC, với sức cản không khí thấp hơn và khả năng tương thích sinh học tốt hơn so với bộ lọc tổng hợp.
• Bộ lọc nano cellulose: Diện tích bề mặt và tính chất cơ học được tăng cường giúp cải thiện hiệu suất. Các biến đổi kỵ nước hoặc ưa nước thích ứng với môi trường ẩm hoặc khô.
• Vật liệu composite lai: Kết hợp cellulose với ống nano carbon, khung kim loại-hữu cơ (MOF) hoặc chất lỏng ion làm tăng khả năng hấp phụ VOC hoặc thu giữ CO2.
• Cellulose cacbon hóa: Tạo ra các vật liệu xốp, dẫn điện để lọc và xúc tác tiên tiến.

Mặc dù có tiềm năng, việc lọc không khí bằng cellulose phải đối mặt với những trở ngại:

• Độ bền cơ học: Vật liệu cellulose nguyên chất cần được gia cố để có độ bền.
• Độ nhạy với độ ẩm: Cần xử lý kỵ nước để duy trì hiệu suất trong điều kiện ẩm ướt.
• Khả năng mở rộng: Các phương pháp sản xuất nano cellulose tiết kiệm chi phí đang được phát triển.

Những tiến bộ trong tương lai có thể tập trung vào:

• Vật liệu thông minh: Tích hợp cảm biến để theo dõi chất lượng không khí theo thời gian thực.
• Ứng dụng rộng rãi hơn: Mở rộng việc sử dụng cho khí thải công nghiệp và hệ thống ô tô.

Khi công nghệ tiến bộ, các giải pháp dựa trên cellulose có thể cách mạng hóa việc lọc không khí, mang đến một con đường bền vững để có một môi trường trong lành và khỏe mạnh hơn.