'Lời giải' cho bộ lọc HEPA giới hạn bụi bẩn, được sử dụng trong cả xe điện Tesla và máy lọc không khí Dyson

Bộ lọc chuẩn HEPA thường được quảng cáo trong máy lọc không khí, nhưng chúng là gì?

Máy lọc không khí ngày càng trở thành bạn đồng hành không thể thiếu trong nhiều gia đình. Không chỉ cải thiện chất lượng không khí, các thiết bị này còn loại bỏ phấn hoa, vi khuẩn, virus, và một số hạt nhỏ khác, cùng với hơi ẩm.

Lý do mà máy lọc không khí trở nên quan trọng trong các gia đình miền Bắc, đặc biệt là vào những ngày đầu năm mới, khi nồm mùa biến không gian sống trở nên như phòng xông hơi bất tử.

Tuy nhiên, không phải tất cả các máy lọc trên thị trường đều có khả năng loại bỏ những chất này. Để có thể loại bỏ chúng, máy phải sử dụng các tấm lọc tiêu chuẩn HEPA, viết tắt của High-efficiency Particulate Absorbing, nghĩa là Thu hút Hạt Hiệu quả Cao.

Cả dòng sản phẩm máy lọc không khí mới từ Dyson có tên Purifier Cool và bộ lọc không khí chuẩn HEPA trên xe Tesla đều là minh chứng cho hiệu quả của các tấm lọc tiêu chuẩn.

Điều kiện cần để một bộ lọc đạt chuẩn HEPA

Một bộ lọc cần đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu quả nhất định để đạt chuẩn HEPA. Theo tiêu chuẩn châu Âu (ISO), nó phải loại bỏ được 99,95% hạt vật chất có đường kính 0,3 micromet, đồng thời phải hiệu quả trong việc loại bỏ cả hạt lớn và nhỏ hơn mức này.

Bộ lọc HEPA có khả năng giữ lại phấn hoa, bụi, đất, hơi ẩm, vi khuẩn (kích thước từ 0,2-2 micromet), virus (từ 0,02-0,3 micromet) và các hạt sương (kích thước từ 0,02-0,5 micromet).

Tiêu chuẩn HEPA đã được thương mại hóa từ những năm 1950 và hiện nay là biểu tượng của chất lượng cho các hệ thống lọc không khí hiệu quả. Bộ lọc HEPA thường được sử dụng trong các môi trường chứa nhiều tạp chất, như các nhà máy sản xuất điện tử, nhà máy hạt nhân, nhà máy sản xuất sản phẩm y tế.

Khi chi phí sản xuất giảm, các thiết bị lọc không khí với bộ lọc HEPA đã trở nên phổ biến trong các hộ gia đình và cả trên các phương tiện di chuyển.

Cơ chế hoạt động của bộ lọc HEPA

Ý tưởng về việc lọc không khí qua nhiều lớp xuất phát từ mặt nạ chống độc của quân đội trong Chiến tranh Thế giới II. Bằng cách đặt một tấm giấy vào mặt nạ chống khí độc của quân Đức, binh sĩ nhận thấy khả năng lọc hóa học của mặt nạ tăng đáng kể. Sau nhiều nghiên cứu và cải tiến, tiêu chuẩn lọc HEPA đã được thương mại hóa vào những năm 1950.

Giống như cách mặt nạ phòng độc xưa được thiết kế, bộ lọc chuẩn HEPA bao gồm một chuỗi các lớp màng lọc mảnh mai. Thông thường, các sợi lọc được làm từ polypropylene hoặc thủy tinh, mỗi sợi có đường kính từ 0,5-2 micromet. Khi không khí đi qua bộ lọc, những búi sợi này sẽ giữ lại các hạt bụi và tạp chất.

Khi đi qua các lớp màng lọc, các hạt lớn sẽ bị giữ lại do kích thước của chúng quá lớn. Các hạt nhỏ hơn không thể vượt qua trực tiếp do bị cản bởi các sợi lọc, và vì không khí liên tục chuyển động, chúng vẫn sẽ bị va vào màng lọc và bị giữ lại.

Những hạt nhỏ nhất, có quán tính thấp và luôn di chuyển một cách không ngăn nắp trong không khí (gọi là “chuyển động Brown”), sẽ va vào màng lọc và bị giữ lại. Thông tin này được trích từ báo cáo khoa học có tên “Bộ lọc Thu giữ Hạt Hiệu quả Cao (HEPA) trong thời đại COVID-19: Chức năng và Hiệu năng”.

Cụ thể hơn, các hạt vật chất ở ba kích thước khác nhau sẽ được lọc bởi ba cơ chế sau đây.

1. Khuếch tán: những hạt vật chất có kích thước nhỏ hơn 0,3 micromet sẽ bị giữ lại do hiện tượng khuếch tán xảy ra trong bộ lọc, khi các hạt nhỏ liên tục va chạm với các phân tử không khí. Các hạt này sẽ bị giữ lại bởi cơ chế ngăn chặn và va chạm.

2. Ngăn chặn: khi di chuyển theo luồng không khí và tiếp cận gần với các sợi lọc, các hạt tạp chất sẽ bị thu hút đến gần các sợi này. Cơ chế ngăn chặn sẽ loại bỏ được các hạt vật chất có kích cỡ vừa.

3. Va chạm: những hạt vật chất có kích cỡ lớn sẽ không thể vượt qua lớp màng lọc.

Cơ chế khuếch tán chủ yếu loại bỏ các hạt vật chất có kích thước dưới 0,1 micromet, trong khi cơ chế ngăn chặn và va chạm hiệu quả nhất khi lọc các hạt vật chất có kích cỡ lớn hơn 0,4 micromet. Đối với các hạt vật chất có kích cỡ gần 0,21 micromet - kích cỡ cho phép các hạt dễ xuyên qua lớp lọc nhất, cả hai phương pháp khuếch tán và ngăn chặn đều không hiệu quả. 

Bộ lọc HEPA được thiết kế để giữ lại các hạt vật chất có kích cỡ rất nhỏ, nhưng không thể loại bỏ các phân tử khí hoặc mùi. Để xử lý các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), chất hóa học hơi hoặc mùi hôi từ thuốc lá và thú nuôi, bộ lọc HEPA cần được kết hợp với than hoạt tính hoặc các cơ chế lọc khác. Đây cũng là lý do một số máy lọc không khí sử dụng bộ lọc HEPA cùng với than hoạt tính, như dòng sản phẩm Purifier Cool của Dyson.

Trong dòng sản phẩm Purifier Cool, chúng ta còn thấy một thiết bị có khả năng loại bỏ formaldehyde. Nhưng trong một ngôi nhà an toàn và ấm cúng, formaldehyde xuất hiện từ đâu?

Cũng từ nồm mà ra

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đồ gỗ trong nhà có thể phát ra formaldehyde vào không khí, và dữ liệu cho thấy gỗ ép là một nguồn phát thải formaldehyde lớn. Ngoài gỗ ép, một số vật liệu xây dựng, sơn phủ và đồ gia dụng khác cũng có thể tỏa ra formaldehyde. Formaldehyde thường là một trong những chất gây ô nhiễm không khí trong nhà.

Sống trong một môi trường có nhiều formaldehyde, đặc biệt là ở mật độ 0,1 ppm (tức là 1 phần formaldehyde trên 10 triệu phần không khí), có thể gây cảm giác khó chịu trên da và mắt, đau đầu, khó thở và đau họng.

Trong các thử nghiệm, độ ẩm trong không khí là một yếu tố chính khiến gỗ phát ra formaldehyde. Formaldehyde đã và đang tồn tại trong không khí từ lâu, đặc biệt là trong những ngày ẩm như hiện nay. Tuy nhiên, chúng ta vẫn lơ là suốt thời gian qua.

Thông tin từ hãng Dyson cho biết bộ lọc formaldehyde trên máy Purifier Cool sẽ chuyển đổi phân tử độc hại thành hơi nước và CO2 một cách an toàn. Cảm biến formaldehyde trong máy cũng sẽ thông báo về lượng chất độc hại này có trong không khí.

Nếu có điều kiện, người dùng có thể sắm cho mình các thiết bị lọc không khí tiên tiến. Việc mua máy có công nghệ lọc mới là một điều, nhưng hiểu biết về cơ chế hoạt động của chúng cũng mang lại kiến thức và sự hài lòng khi cải thiện chất lượng cuộc sống.

Giống như nhiều công nghệ khác, khi bộ lọc chuẩn HEPA trở nên phổ biến và chi phí sản xuất giảm, chúng ta có thể dễ dàng sở hữu các thiết bị lọc không khí tiên tiến với giá cả phải chăng.

Nguồn: Nguồn Bio Resources, Nguồn Research Gate, Nguồn Sage Journals