ساخت دستگاه تصفیه هوای کم‌مصرف و بی‌نیاز از فیلتر

بر اساس گزارش‌های منتشر شده در وبگاه تِک‌اِکسپلور، تیمی از پژوهشگران مجرب در مؤسسه علم و فناوری پیشرفته کره جنوبی (KAIST) به یک موفقیت چشمگیر دست یافته‌اند. آنها با تلاش‌های مستمر، فناوری نوینی را برای تصفیه هوا معرفی کرده‌اند که کاملاً بر پایه آب کار می‌کند و پتانسیل بالایی برای تحول در این صنعت دارد.

این سامانه پیشرفته با طراحی هوشمندانه خود، از نانوقطره‌های آب برای به دام‌انداختن و حذف مؤثر ذرات معلق بهره می‌برد. علاوه بر این، یک ساختار نانویی اسفنجی در آن تعبیه شده که به صورت خودکار آب را جذب می‌کند. این رویکرد نوآورانه باعث می‌شود که دستگاه بدون نیاز به فیلترهای رایج و پرهزینه، غبار و انواع آلاینده‌ها را با کارایی بالا حذف کند. از ویژگی‌های برجسته این دستگاه می‌توان به قابلیت تأمین خودکار آب، عملکرد بی‌نهایت بی‌صدا، ایمنی بالا و دوام فوق‌العاده اشاره کرد. این فناوری نوین نه تنها نیاز به تعویض مکرر فیلتر را از بین می‌برد، بلکه مصرف انرژی آن نیز به طرز چشمگیری پایین است که آن را به گزینه‌ای اقتصادی و دوستدار محیط زیست تبدیل می‌کند.

چگونگی عملکرد این دستگاه تصفیه هوای نوین

این دستگاه پیشرفته، نتیجه همکاری پژوهشی ارزشمند میان دو دانشمند برجسته، پروفسور ایل‌دو کیم از گروه مهندسی مواد و پروفسور سونگ اِس. لی از گروه مهندسی مکانیک است. طراحی و ساخت آن بر پایه به‌کارگیری نوآورانه فناوری پاشش الکتریکی آب که هیچ اُزنی تولید نمی‌کند و همچنین استفاده از نانوالیاف پیشرفته با قابلیت جذب رطوبت بالا صورت گرفته است. این تلفیق فناوری‌ها، دستگاهی ایمن و کارآمد را به ارمغان آورده است.

پژوهشگران پس از آزمایش‌های دقیق، با اطمینان تأیید کرده‌اند که این دستگاه نوین توانسته است به طور مؤثری بر بسیاری از محدودیت‌ها و چالش‌های موجود در تصفیه‌کننده‌های هوای متداول و نسل‌های قبلی غلبه کند و عملکردی فراتر از انتظار را ارائه دهد:

• نیازی به تعویض فیلترهای گران‌قیمت و زمان‌بر ندارد، که منجر به کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود؛

• هیچ‌گونه اُزن مضری تولید نمی‌کند، که برای سلامت انسان و محیط زیست بسیار حائز اهمیت است؛

• توانایی حذف سریع و مؤثر ذرات بسیار ریز معلق تا قطر 0.3 میکرون (PM0.3) را داراست، ذراتی که تنها حدود یک‌دویستم قطر موی انسان هستند و اغلب به عنوان خطرناک‌ترین آلاینده‌ها برای سیستم تنفسی شناخته می‌شوند؛

• علاوه بر این، این دستگاه حتی پس از ساعت‌ها استفاده طولانی‌مدت و مداوم، عملکرد ثابت و پایداری بی‌نظیری را از خود نشان می‌دهد، بدون اینکه دچار افت کارایی شود و دوام بالای آن تضمین شده است.

ساختار داخلی این دستگاه شامل اجزای کلیدی است: یک الکترود با ولتاژ بالا، یک جاذب نانوالیافی پیشرفته که قابلیت خودکششی آب را دارد و ریزکانال‌های پلیمری که آب را با بهره‌گیری از خاصیت مویینگی به طور مداوم منتقل می‌کنند. این پیکربندی مهندسی‌شده منجر به ایجاد یک سیستم خودتغذیه‌ای می‌شود که در آن آب بدون هیچ نیازی به پمپ‌های خارجی، به طور خودکار تأمین می‌گردد. این مکانیسم هوشمندانه، امکان عملیات پاشش الکتریکی آب را به شکلی پایدار و برای مدت زمان‌های طولانی فراهم می‌آورد و کارایی دستگاه را افزایش می‌دهد.

بهره‌وری و پتانسیل‌های کاربردی آینده

نتایج حاصل از آزمایش‌های دقیق که در محفظه‌ای با حجم 0.1 مترمکعب انجام گرفت، نشان‌دهنده کارایی فوق‌العاده این دستگاه است. این تصفیه‌کننده توانست 99.9 درصد از ذرات معلق در محدوده 0.3 تا 10 میکرون را تنها در مدت 20 دقیقه از بین ببرد. آنچه بیش از همه چشمگیر بود، عملکرد بی‌نظیر آن در حذف 97 درصد از ذرات فوق‌ریز 0.3 میکرونی بود، ذراتی که تصفیه‌کننده‌های متداول مبتنی بر فیلتر، اغلب در حذف آنها با چالش جدی مواجه هستند. این دستگاه توانست این ذرات را در زمان شگفت‌انگیز 5 دقیقه حذف کند که نشان از قابلیت‌های بی‌نظیر آن دارد.

پایداری و کارایی دستگاه در شرایط سخت نیز مورد تأیید قرار گرفته است. پس از انجام 30 آزمون متوالی و 50 ساعت کارکرد بی‌وقفه، دستگاه همچنان به صورت پایدار و بدون هیچ‌گونه افت عملکردی به کار خود ادامه داد. مصرف برق این دستگاه تنها حدود 1.3 وات است که به مراتب کمتر از یک شارژر تلفن همراه بوده و معادل یک‌بیستم مصرف تصفیه‌کننده‌های متداول مجهز به فیلتر هِپا (HEPA) می‌باشد. این مصرف انرژی فوق‌العاده پایین، مزیت اقتصادی بزرگی محسوب می‌شود. از دیگر نکات مثبت، عدم وجود فیلتر است که منجر به حذف هرگونه افت فشار در جریان هوا و به تبع آن، تولید نکردن نویز صوتی می‌شود، بنابراین محیطی آرام و پاکیزه را فراهم می‌آورد.

این فناوری پیشرفته با حفظ کارایی بسیار بالای تصفیه و عدم تولید هرگونه اُزن مضر، بستری ایده‌آل برای نسل بعدی سامانه‌های تصفیه هوا را فراهم می‌آورد که کاملاً دوستدار محیط‌زیست هستند. با توجه به مزایای چشمگیری نظیر حذف کامل هزینه تعویض فیلتر، مصرف انرژی فوق‌العاده پایین و پایداری عملیاتی طولانی‌مدت، انتظار می‌رود کاربردهای گسترده‌ای در آینده پیدا کند. این کاربردها شامل محیط‌های داخلی منازل و ادارات، خودروها, اتاق‌های تمیز در صنایع حساس و حتی سامانه‌های تصفیه هوای همراه و پوشیدنی می‌شود، که این خود نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری و نوآوری بالای آن است.

این دستاورد پژوهشی مهم و تأثیرگذار، به تازگی در یکی از معتبرترین نشریات علمی جهان، یعنی «مواد عملکردی پیشرفته» (Advanced Functional Materials) به چاپ رسیده است. این انتشار نشان‌دهنده اهمیت علمی و پتانسیل بالای این تحقیق در جامعه بین‌المللی پژوهش است.