Tìm hiểu 5 cơ chế lọc tiêu biểu trong 1 chiếc khẩu trang

Bạn đang băn khoăn không biết tại sao một chiếc khẩu trang 3M N95 sử dụng công nghệ gì mà lại có thể lọc hiệu quả những hạt có kích thước rất nhỏ (được gọi là bụi mịn). Tất cả bí mật nằm ở cách áp dụng các cơ chế lọc bên trong những chiếc khẩu trang đó. Bài viết sau đây sẽ trình bày cho bạn biết về 5 cơ chế lọc cơ bản. Những có chế lọc này được áp dụng rộng rãi trên các sản phẩm lọc bụi nói chung và trên khẩu trang 3M nói riêng. Mỗi cơ chế lọc bụi hạt sẽ thu lượm được số lượng hạt nhất định tùy vào kích thước của hạt khác nhau. Các cơ chế lọc này bao gồm: cơ chế lọc lưới, đánh chặn, khuếch tán, lực quán tính và cuối cùng là cơ chế lọc tĩnh điện.

Các cơ chế lọc lưới, đánh chặn, khuếch tán và lực quán tính phụ thuộc vào các cấu trúc của màng lọc, trong khi lọc bằng lực hút tĩnh điện được tạo ra bằng phương pháp icon hóa một phần bộ lọc. Cơ chế lọc lưới, lực quán tính và đánh chặn là các cơ chế áp dụng tốt cho các hạt lớn hơn 0,2 micromet và cơ chế lọc khuếch tán chiếm ưu thế đối với các hạt nhỏ hơn 0,2 micromet. Trong đơn vị đo lường, một micromet viết tắt là μm, kích thước bằng 1 phần triệu mét.

Đầu tiên chúng ta sẽ tìm hiểu về cơ chế lọc lưới, cơ chế này được thiết kế bởi các sợi đan chồng chéo với nhau, trông nó giống như 1 màng lưới giúp lọc các bụi hạt. Cơ chế lọc lưới hoạt động theo cách thức đơn giản như sau: Các hạt có kích thước lớn hơn khoảng trống giữa các sợi sẽ bị giữ lại. Đối với khẩu trang 3M thì các hạt có kích thước lớn như hạt cát, bụi đất sẽ được giữ lại, tuy nhiên các hạt có kích thước nhỏ hơn vẫn sẽ lọt qua các khe hở và cần các cơ chế lọc tiếp theo để lọc tốt hơn.

Cơ chế lọc lưới

Tấm lọc bụi khẩu trang 3M được làm từ sợi không dệt. Các sợi này rất nhỏ và được đặt chồng chéo lên nhau. Như đã nói ở trên, hiệu quả lọc bụi tùy thuộc vào kích cỡ của loại bụi/hạt. Trọng lượng và hình dạng của bụi chính là 2 yếu tố chính quyết định khả năng lọc bụi của màng lọc.

Cấu trúc màng lọc bằng sợi không dệt 3M dưới kính hiển vi điện tử

Tiếp theo là Cơ chế lọc lực quán tính sử dụng nguyên tắc quán tính để tách các hạt ra khỏi luồng không khí. Các hạt ở một vận tốc nhất định có xu hướng duy trì ở vận tốc và di chuyển theo hướng liên tục. Và khi các hạt này va chạm vào các sợi lọc sẽ được sợi lọc hấp thụ lực và dần dần nó không thể di chuyển sâu hơn. Cơ chế này thường được áp dụng khi có nồng độ hạt thô cao, và trong nhiều trường hợp là tiền đề giúp cho các cơ chế lọc khác có hiệu quả cao hơn.

Cơ chế lọc quán tính

Với các hạt có kích thước nhỏ hơn thì sẽ cần sử dụng cơ chế lọc đánh chặn. Cơ chế này liên quan đến việc các hạt tiếp xúc bề mặt các sợi và khiến chúng bám dính trên bề mặt sợi lọc. Về cơ bản Các hạt này có kích thước nhỏ và quán tính của nó không đủ mạnh để làm cho nó tiếp tục di chuyển theo một đường thẳng. Do đó, nó đi theo luồng không khí cho đến khi nó tiếp xúc với bề mặt các sợi và dừng lại.

Cơ chế lọc đánh chặn

Khuếch tán là kết quả của chuyển động ngẫu nhiên (Brownian) của hạt. Các hạt có thể tiếp xúc với một sợi trên đường đi qua bộ lọc. Cơ chế lọc khuếch tán giúp lọc tối đa các hạt có chuyển động zig zắc vô trật tự này.

Cơ chế lọc khuếch tán

Và cuối cùng là Cơ chế lọc tĩnh điện, còn được gọi là kết tủa tĩnh điện hoạt động bằng cách ion hóa các sợi lọc để tạo ra lực hút các hạt. Các hạt khi di chuyển qua khu vực sợi tích điện sẽ bị thu hút vào và không thể di chuyển xa thêm. Cơ chế lọc tĩnh điện được áp dụng để loại bỏ các hạt có kích thước rất nhỏ như các loại bụi mịn và hơi khói.

Cơ chế lọc tĩnh điện

Trên thực tế, để tăng hiệu quả tối đa lọc các loại hạt có kích thước khác nhau từ cỡ lớn, vừa đến siêu nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy thì người ta thường sử dụng kết hợp 5 cơ chế lọc trên với nhau. Hình ảnh sau sẽ mô tả hiệu quả lọc bụi tùy thuộc vào kích thước các hạt:

Hiệu quả lọc bụi theo kích thước bụi dạng hạt

Theo NIOSH và các tổ chức quốc tế về An toàn sức khỏe nghề nghiệp, hạt/bụi có kích thước 0.05 µm - 0.5 µm có hiệu quả lọc thấp nhất. Và kích thước 0.3 µm được chọn làm tiêu chí đánh giá hiệu quả lọc của hạt/bụi của các thiết bị, sản phẩm lọc bụi.

Hình ảnh minh họa màng lọc tĩnh điện khẩu trang 3M

Để làm tăng hiệu quả lọc của khẩu trang, tấm lọc, số lượng các lớp lọc được tăng lên gây hít thở khó khăn hơn. Để giải quyết vấn đề này, khẩu trang và tấm lọc 3M được làm từ các sợi không dệt tĩnh điện. Với công nghệ này, khẩu trang 3M có hiệu quả lọc đạt tiêu chuẩn, không gây cản trở trong quá trình hô hấp.

Kết luận:

Như vậy, thông qua bài viết này bạn đã có cái nhìn tổng quát về 5 cơ chế lọc bụi được áp dụng rộng rãi trên các thiết bị sản phẩm lọc không khí nói chung và trên sản phẩm khẩu trang 3M nói riêng. Khẩu trang 3M  sử dụng kết hợp 5 cơ chế lọc này với nhau để tạo nên bộ lọc chất lượng đạt tiêu chuẩn N95, lọc tối thiểu ít nhất 95% bụi mịn.