Een luchtfilter gemaakt van maïseiwit in plaats van aardolieproducten kan tegelijkertijd kleine deeltjes opvangen, evenals giftige chemicaliën zoals formaldehyde, wat de huidige luchtfilters niet kunnen.
Het onderzoek zou kunnen leiden tot betere luchtreinigers, vooral in delen van de wereld die te kampen hebben met een zeer slechte luchtkwaliteit. Ingenieurs van de Washington State University rapporteren over het ontwerp en de tests van materialen voor dit biobased filter in het tijdschrift Separation and Purification Technology.
“Fijnstof is niet zo uitdagend om te filteren, maar tegelijkertijd verschillende soorten chemische gasmoleculen op te vangen is wat anders”, zegt Katie Zhong, professor aan de WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering. “Deze op eiwitten gebaseerde luchtfilter materialen zijn veelbelovend om meerdere soorten luchtverontreinigende stoffen op te vangen.”
Slechte luchtkwaliteit is een factor bij ziekten zoals astma, hartaandoeningen en longkanker. Commerciële luchtreinigers verwijderen kleine deeltjes in roet, rook of uitlaatgassen van auto’s, die rechtstreeks in de longen kunnen worden ingeademd; maar luchtverontreiniging bevat vaak ook andere gevaarlijke gasvormige moleculen, zoals koolmonoxide, formaldehyde en andere vluchtige organische stoffen.
Met poriën van micron formaat kunnen typische zeer efficiënte deeltjesluchtfilters, ook wel HEPA-filters genoemd, de kleine deeltjes opvangen, maar geen gasvormige moleculen. Ze zijn meestal gemaakt van aardolieproducten en glas, wat leidt tot secundaire vervuiling wanneer gebruikte filters worden weggegooid, zei Zhong.
De WSU-onderzoekers ontwikkelden een milieuvriendelijker luchtfilter gemaakt van maïs proteïnevezels die tegelijkertijd 99,5% van de kleine deeltjes kon opvangen, vergelijkbaar met commerciële HEPA-filters, en 87% van het formaldehyde, wat hoger is dan speciaal ontworpen luchtfilters voor die soorten gifstoffen.
De onderzoekers kozen maïs vanwege de overvloed als landbouwproduct in de VS. Het maïseiwit is ook hydrofoob, wat betekent dat het eiwit waterafstotend is en goed zou kunnen werken in een vochtige omgeving, zoals in een masker.
De aminozuren in het maïseiwit staan bekend als functionele groepen. Wanneer ze aan het oppervlak van het eiwit worden blootgesteld, gedragen zij zich als meerdere handen en grijpen ze de giftige chemische moleculen vast. De onderzoekers toonden dit aan door een functionele groep aan het eiwitoppervlak bloot te stellen, waar het formaldehyde vastgreep. Ze theoretiseren dat verdere herschikking van de eiwitten een tentakelachtige reeks functionele groepen zou kunnen ontwikkelen die een verscheidenheid aan chemicaliën uit de lucht zouden kunnen halen.
“Van het mechanisme is het heel redelijk om te verwachten dat dit op eiwit gebaseerde luchtfilter meer soorten giftige chemische moleculen zou kunnen vangen,” zei Zhong.
De driedimensionale structuur die ze ontwikkelden, biedt ook toekomst voor een eenvoudige productiemethode dan dunne films van eiwitten die het onderzoeksteam eerder ontwikkelde. Ze gebruikten een kleine hoeveelheid van een chemische stof, polyvinylalcohol, om de nanovezels aan elkaar te lijmen tot een lichtgewicht schuimachtig materiaal.
“Dit werk biedt een nieuwe weg naar het fabriceren van milieuvriendelijke en multifunctionele luchtfilters gemaakt van overvloedige natuurlijke biomassa,” zei Zhong. “Ik geloof dat deze technologie erg belangrijk is voor de gezondheid van mensen en ons milieu, en dat ze gecommercialiseerd moet worden.”
De onderzoekers zouden graag meer testen willen doen, waaronder het gebruik van verschillende functionele groepsstructuren en andere toxische chemische moleculen.
Naast Zhong werd het werk uitgevoerd door afgestudeerd student Shengnan Lin, Ming Luo, Flaherty assistent-professor aan de WSU School of Mechanical and Materials Engineering, en postdoctoraal fellow Xuewei Fu. Het werk werd gefinancierd door een Sun Grant van het Amerikaanse ministerie van landbouw.
Vertaling persbericht : Andre Teirlinck