Воздух, которым мы дышим дома, в офисе или в метро, полон невидимой угрозы — микроскопической пыли, пыльцы, гари. От этой взвеси нас обычно спасают воздушные фильтры. Но у них есть большой минус: они плохо удерживают мельчайшие частицы. Слабые силы притяжения просто не справляются, и грязь, которую фильтр уже поймал, может снова вырваться обратно в помещение.

Ученые из Университета Чунган под руководством доцента Санхёка Ву нашли изящное решение, подсмотрев его у природы. Они создали фильтр, который работает по тому же принципу, что и наш нос. Слизь на носовых волосках отлично задерживает пыль и бактерии. Исследователи разработали технологию, которая покрывает фильтрующий материал тонким слоем специального масла. Этот слой и становится непреодолимой ловушкой для загрязнений.

Подробности опубликованы в издании Nature.

Чтобы масло легло ровно и не забило поры, ученые поступили так:

• Модифицировали волокна фильтра, вырастив на них мельчайшие полимерные «ворсинки».
• Распылили на них силиконовое масло, которое идеально сцепляется с этими ворсинками.

В результате получился стабильный и равномерный масляный слой, сквозь который воздух проходит легко, а частицы грязи прилипают намертво.

Эксперименты показали, что новый PRO-фильтр (Particle-Removing Oil-coated) на 10–30% эффективнее обычных, независимо от размера частиц. Секрет в мощных капиллярных силах, которые создает масляная пленка. Они делают сцепление в тысячи раз сильнее.

Капиллярные силы — это силы, возникающие на границе жидкости и твердого тела, которые заставляют жидкость подниматься по узким трубкам (капиллярам) или, как в данном случае, прочно удерживать частицу на поверхности жидкости. Проще говоря, это тот самый эффект, когда два влажных стекла сложно сдвинуть друг с другом, или когда песок на пляже у кромки воды становится твердым и не рассыпается. В фильтре мощные капиллярные силы масляной пленки буквально втягивают и запечатывают частицы, не давая им вырваться.

Но главное преимущество — это устойчивость. Обычный фильтр может «выплюнуть» накопленную пыль при резком порыве ветра или изменении направления потока. PRO-фильтр держит захваченное намертво. Это не только предотвращает повторное загрязнение, но и открывает уникальные возможности. Например, можно организовать очистку воздуха без вентиляторов и электричества — только за счет естественного движения воздуха. Это идеально для подземных переходов или открытых курительных зон.

Это первый в мире фильтр, который предотвращает повторный выброс пыли и позволяет реализовать многонаправленную систему очистки на естественной тяге, без затрат энергии, — подчеркивает доктор Ву.

Фильтр также можно мыть и использовать повторно. Достаточно нанести новую порцию масла, и он снова как новенький. Это не только экономит деньги, но и сокращает количество пластиковых отходов.

Испытания в реальных системах вентиляции подтвердили все преимущества.

PRO-фильтры показали выдающиеся результаты. При том что они собирали больше пыли, их ресурс оказался в два раза выше, чем у обычных. Это снижает и количество отходов, и стоимость эксплуатации системы. Кроме того, они экономят около 20% энергии, предлагая более экологичное и дешевое решение, — комментирует доктор Ву.

В итоге, эта разработка — серьезный шаг вперед в борьбе за чистый воздух, предлагая эффективное и устойчивое решение одной из самых насущных проблем современности.

Реальная польза этого исследования многогранна и выходит далеко за рамки простого «улучшения фильтров».

• Во-первых, это прямая экономия: снижение энергопотребления систем кондиционирования на 20% — это огромные деньги для крупных бизнес-центров, больниц, производств. Удвоенный срок службы одновременно решает две проблемы: уменьшает расходы на замену и серьезно бьет по объему пластиковых отходов, что критически важно для ESG-стратегий компаний.
• Во-вторых, технология открывает путь к пассивной очистке воздуха в местах, где раньше это было невозможно или крайне затратно. Представьте себе подземные пешеходные переходы, платформы метро, остановки общественного транспорта, где воздух очищается просто за счет движения поездов или сквозняков, без монтажа дорогостоящих вентиляционных установок и без копеечных счетов за электричество. Это колоссальный вклад в общественное здоровье в урбанистической среде.
• В-третьих, для людей с аллергией и астмой это может стать настоящим спасением. Фильтр, который не просто ловит, но и гарантированно удерживает аллергены (пыльцу, пылевых клещей), не давая им вернуться в воздух, создает принципиально иное качество жизни.

Основное замечание лежит в плоскости практической реализации и долговечности масляного слоя в агрессивных средах. В исследовании, вероятно, тестировались стандартные условия, но в реальности воздух может нести не только пыль, но и химически активные аэрозоли, капельки жира (на кухнях), вещества, которые могут окислять или разлагать силиконовое масло или полимерные «ворсинки». Вопрос о том, как быстро масляная пленка теряет свои свойства не от пылевой нагрузки, а от химического воздействия, и какова будет стоимость и сложность ее восстановления в таких условиях, требует дополнительного и длительного изучения. Эффективность в стерильной лаборатории и в загазованном тоннеле — это две большие разницы.

Ранее российские ученые создали мобильный фильтр для воды.