Un filtre à air fabriqué à partir de protéines de maïs au lieu de produits pétroliers peut simultanément capturer de petites particules ainsi que des produits chimiques toxiques comme le formaldéhyde que les filtres à air actuels ne peuvent pas.
La recherche pourrait conduire à de meilleurs purificateurs d’air, en particulier dans les régions du monde qui souffrent d’une très mauvaise qualité de l’air. Les ingénieurs de l’Université de l’État de Washington rendent compte de la conception et des tests de matériaux pour ce filtre biosourcé dans le journal Technologie de séparation et de purification.
« La matière particulaire n’est pas si difficile à filtrer, mais à capturer simultanément divers types de molécules de gaz chimiques, c’est plus important », a déclaré Katie Zhong, professeur à l’École de génie mécanique et des matériaux de la WSU et auteur correspondant de l’article. « Ces matériaux de filtrage de l’air à base de protéines devraient être très prometteurs pour capturer plusieurs espèces de polluants atmosphériques. »
La mauvaise qualité de l’air est un facteur de maladies telles que l’asthme, les maladies cardiaques et le cancer du poumon. Les purificateurs d’air commerciaux éliminent les minuscules particules de suie, de fumée ou d’échappement de voiture, qui pourraient être inhalées directement dans les poumons, mais la pollution de l’air contient également souvent d’autres molécules gazeuses dangereuses, telles que le monoxyde de carbone, le formaldéhyde et d’autres composés organiques volatils.
Avec des pores de la taille d’un micron, les filtres à air à particules à haute efficacité typiques, également connus sous le nom de filtres HEPA, peuvent capturer les petites particules mais ne sont pas capables de capturer les molécules gazeuses. Ils sont le plus souvent constitués de produits pétroliers et de verre, ce qui entraîne une pollution secondaire lorsque les anciens filtres sont jetés, a déclaré Zhong.
Les chercheurs du WSU ont mis au point un filtre à air plus respectueux de l’environnement, fabriqué à partir de fibres de protéines de maïs, capable de capturer simultanément 99,5 % des petites particules, similaires aux filtres HEPA commerciaux, et 87 % du formaldéhyde, ce qui est plus élevé que les filtres à air spécialement conçus pour ces types de toxiques.
Les chercheurs ont choisi le maïs pour étudier en raison de son abondance en tant que produit agricole aux États-Unis. La protéine de maïs est également hydrophobe, ce qui signifie que la protéine repousse l’eau et pourrait bien fonctionner dans un environnement humide comme dans un masque.
Les acides aminés de la protéine de maïs sont appelés groupes fonctionnels. Lorsqu’ils sont exposés à la surface de la protéine, ces groupes fonctionnels agissent comme de multiples mains, saisissant les molécules chimiques toxiques. Les chercheurs l’ont démontré en exposant un groupe fonctionnel à la surface de la protéine, où il a saisi le formaldéhyde. Ils théorisent qu’un réarrangement supplémentaire des protéines pourrait développer un ensemble de groupes fonctionnels semblables à des tentacules qui pourraient attraper une variété de produits chimiques dans l’air.
« D’après le mécanisme, il est très raisonnable de s’attendre à ce que ce filtre à air à base de protéines puisse capturer plus d’espèces de molécules chimiques toxiques », a déclaré Zhong.
La structure tridimensionnelle qu’ils ont développée offre également plus de promesses pour une méthode de fabrication simple que les films minces de protéines que l’équipe de recherche a développés précédemment. Ils ont utilisé une petite quantité d’un produit chimique, l’alcool polyvinylique, pour coller les nanofibres ensemble dans un matériau léger semblable à de la mousse.
« Ce travail offre une nouvelle voie pour fabriquer des filtres à air écologiques et multifonctionnels fabriqués à partir d’une biomasse naturelle abondante », a déclaré Zhong. « Je crois que cette technologie est très importante pour la santé des gens et notre environnement, et qu’elle devrait être commercialisée. »
Les chercheurs aimeraient faire plus de tests, y compris en utilisant une variété de structures de groupes fonctionnels et d’autres molécules chimiques toxiques. En plus de Zhong, les travaux ont été menés par l’étudiant diplômé Shengnan Lin, Ming Luo, professeur adjoint Flaherty à la WSU School of Mechanical and Materials Engineering et le boursier postdoctoral Xuewei Fu.
Plus d’information:
Shengnan Lin et al, Un aérogel protéique avec des capacités de filtration distinctives pour le formaldéhyde et les polluants particulaires, Technologie de séparation et de purification (2023). DOI : 10.1016/j.seppur.2023.123179