'Giải ngố' bộ lọc chuẩn HEPA hạn chế được nồm, ứng dụng trong cả xe điện Tesla và máy lọc không khí Dyson

Bộ lọc chuẩn HEPA xuất hiện nhiều trong những quảng cáo máy lọc không khí, chúng là gì?

Máy lọc không khí đang dần trở thành người bạn chung nhà không thể thiếu của nhiều hộ gia đình. Không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí, các thiết bị dạng này có thể lọc phấn hoa, vi khuẩn, virus, một số hạt sương và thậm chí cả hơi ẩm.

Đây là lý do máy lọc không khí nên xuất hiện tại một ngôi nhà miền Bắc những ngày ra Giêng, khi mùa nồm biến không gian sống của bạn thành phòng xông hơi bất đắc dĩ. 

Nhưng trên thị trường, không phải thiết bị nào cũng có thể lọc được những yếu tố đã nêu tại phần mở đầu bài viết. Máy có thể lọc được chúng phải sở hữu những tấm lọc đạt tiêu chuẩn HEPA, là từ viết tắt cho High-efficiency Particulate Absorbing, nghĩa là Thu giữ Hạt Hiệu quả Cao. 

Dòng sản phẩm máy lọc không khí mới của Dyson mang tên Purifier Cool, hay chính thiết bị lọc không khí chuẩn HEPA trên xe Tesla là những ví dụ cho thấy tấm lọc đạt chuẩn có thể hiệu quả đến thế nào.

Điều kiện để bộ lọc đạt chuẩn HEPA

Một bộ lọc phải thỏa mãn những mức hiệu quả nhất định để đạt được tiêu chuẩn HEPA. Theo tiêu chuẩn châu Âu (ISO), lưới phải lọc được 99,95% hạt vật chất có đường kính 0,3 micromet, hiệu năng lọc những hạt lớn và nhỏ hơn mốc này đồng thời phải cao.

Bộ lọc chuẩn HEPA sẽ thu giữ được phấn hoa, bụi, đất, hơi ẩm và vi khuẩn (có đường kính trong khoảng 0,2-2 micromet), virus (đường kính từ 0,02-0,3 micromet) và các hạt sương (các hạt nước siêu mịn tồn tại ở cả dạng lỏng và rắn, kích cỡ từ 0,02-0,5 micromet). 

Chuẩn HEPA được chính thức thương mại hóa từ thập niên 50, và ngày nay đã trở thành dấu hiệu nhận biết chất lượng cho những hệ thống lọc không khí hiệu quả. Bộ lọc chuẩn HEPA thường được dùng trong những không gian thường xuyên xuất hiện tạp chất, như công xưởng chế tạo đồ điện tử, nhà máy hạt nhân, nhà máy sản xuất nhu yếu phẩm.

Khi chi phí sản xuất không còn cao như trước, các thiết bị lọc không khí có bộ lọc đạt chuẩn HEPA đã bước vào hộ gia đình hay xuất hiện trên xe hơi.

Cơ chế hoạt động của bộ lọc đạt chuẩn HEPA

Ý tưởng lọc không khí qua nhiều lớp khởi nguồn từ mặt nạ phòng độc của những người lính trong Chiến tranh Thế giới thứ hai. Chỉ cần đặt một mảnh giấy vào mặt nạ lọc khí ga của quân Đức, các chiến sĩ nhận thấy khả năng lọc khí hóa học của mặt nạ tăng đáng kể. Sau nhiều năm nghiên cứu và cải thiện, chuẩn lọc HEPA chính thức được thương mại hóa vào thập niên 50.

Giống như mặt nạ phòng độc năm xưa, bộ lọc chuẩn HEPA bao gồm một loạt màng lọc mỏng. Thông thường, các sợi lọc được làm từ polypropylene hoặc sợi thủy tinh, mỗi sợi có đường kính từ 0,5-2 micromet, và một bộ lọc sẽ bao gồm một búi các sợi vật liệu này. Khi không khí đi qua bộ lọc, các tạp chất sẽ bị những búi sợi vật liệu này giữ lại. 

Khi đi qua các màng lọc, những hạt vật chất cỡ lớn sẽ không thể lọt qua do kích cỡ quá khổ của mình. Những hạt nhỏ hơn tuy không bị trực tiếp cản lại, nhưng vì không thể theo kịp chuyển động của không khí - vốn liên tục chuyển hướng do bị cản bởi các búi sợi, các hạt nhỏ vẫn sẽ va chạm với màng lọc và bị giữ lại.

Những hạt nhỏ nhất thì lại có quán tính thấp và luôn bay hỗn loạn (thuật ngữ gọi là “chuyển động Brown”) quanh các nguyên tử không khí, sau đó chúng sẽ va vào màng lọc và bị giữ lại. Những chi tiết trên được trích xuất từ báo cáo khoa học mang 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 cỡ lớn nhất, lớn vừa và nhỏ nhất được lọc bởi ba cơ chế như sau.

1. Khuếch tán: những hạt vật chất có kích cỡ nhỏ hơn 0,3 micromet bị giữ lại do hiện tượng khuếch tán diễn ra bên trong bộ lọc, là khi các hạt cực nhỏ liên tục va chạm với các phân tử không khí. Các hạt nhỏ bay tán loạn trong không khí và bị giữ lại bởi hai cơ chế khác, là ngăn chặn và va chạm.

2. Ngăn chặn: khi bay theo dòng không khí và tới gần phạm vi của một sợi vật chất làm lưới lọc, các hạt tạp chất sẽ bị cuốn lại gần những sợi này. Cơ chế ngăn chặn sẽ loại bỏ được những hạt vật chất có kích cỡ vừa.

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

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

Bộ lọc HEPA được thiết kế để thu giữ những hạt vật chất kích cỡ rất nhỏ, tuy nhiên không thể loại bỏ được phân tử khí và phân tử mùi. Để có thể xử lý được hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), chất hóa học dạng hơi, mùi thuốc lá hay mùi vật nuôi, một bộ lọc HEPA sẽ cần tới than hoạt tính hoặc một số cơ chế lọc khác. Đây cũng là lý do một số máy lọc không khí ứng dụng bộ lọc chứa than hoạt tính bên cạnh bộ lọc đạt chuẩn HEPA, đơn cử như dòng sản phẩm Purifier Cool của Dyson.

Cũng trong dòng sản phẩm Purifier Cool, chúng ta còn thấy một thiết bị nữa có thể loại bỏ formaldehyde. Nhưng trong môi trường an toàn ấm áp của một căn nhà, từ đâu xuất hiện chất thứ chất độc không màu và nặng mùi này?

Cũng từ nồm mà ra

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng đồ gỗ trong hộ gia đình có thể giải phóng formaldehyde ra không khí, và số liệu cho thấy gỗ ép là nguồn phát thải formaldehyde lớn. Bên cạnh gỗ ép, một số loại vật liệu xây dựng, sơn phủ và đồ gia dụng khác cũng có thể thải ra formaldehyde. Thực tế, formaldehyde là một trong những chất gây ô nhiễm không khí thường thấy trong nhà. 

Sống trong một bầu không khí nhiều formaldehyde, cụ thể là ở mật độ 0,1 ppm (tức là 1 phần formaldehyde trên 10 triệu phần không khí), chúng ta có thể thấy khó chịu ngoài da và trên mắt, bên cạnh đó là cảm giác đau đầu, khó thở và rát họng.

Trong thử nghiệm, độ ẩm trong không khí là một trong những yếu tố chính khiến gỗ thải ra không khí formaldehyde. Có thể thấy formaldehyde đã và đang tồn tại trong không khí bấy lâu nay, nhất là trong những chuỗi ngày nồm ẩm như hiện tại. Tuy nhiên, chúng ta vẫn khuất mắt trông coi bấy lâu nay.

Thông tin chính thức từ hãng Dyson cho hay bộ lọc formaldehyde trong dòng máy Purifier Cool sẽ phân hủy phân tử độc hại thành một lượng nhỏ hơi nước và CO2. Cảm biến formaldehyde trong máy cũng sẽ báo cho bạn biết lượng chất độc hại này có trong không khí là bao nhiêu.

Nếu có điều kiện, người dùng có thể sắm cho mình những thiết bị lọc không khí sở hữu công nghệ tiên tiến. Mua máy sở hữu công nghệ lọc về là một chuyện, hiểu được những cơ chế lọc này hoạt động như thế nào, chúng ta lại có được một cái đầu thêm kiến thức bên cạnh niềm vui cải thiện chất lượng cuộc sống.

Giống như đa số các công nghệ khác, khi bộ lọc chuẩn HEPA đạt tới độ chín, và chi phí sản xuất tiếp tục giảm, chúng ta sẽ có thể sở hữu những thiết bị lọc không khí tiên tiến với giá thành phải chăng.

Nguồn: Bio Resources, Research Gate, Sage Journals