Các máy lọc không khí dành cho người tiêu dùng hứa hẹn giảm mức độ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong nhà bằng cách sử dụng quá trình oxy hóa hóa học có thể tự trở thành nguồn phát thải VOC, theo một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu từ MIT dẫn đầu.

Hơn nữa, hiệu quả loại bỏ hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) khác nhau đáng kể giữa bốn sản phẩm được kiểm tra trong nghiên cứu, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường và kỹ thuật hóa học Jesse Kroll cùng các đồng nghiệp đã phát hiện ra.

Các phản ứng hóa học mà được cho là để loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) đóng vai trò không đáng kể trong hoạt động của máy làm sạch, với việc loại bỏ vật lý các chất ô nhiễm thông qua chất hấp thụ hoặc bộ lọc của máy làm sạch mới thực sự thực hiện phần lớn công việc. Trong một số trường hợp, các phản ứng hóa học dẫn đến các sản phẩm phụ, chẳng hạn như formaldehyde, làm tăng mức độ ô nhiễm tổng thể.

“Công trình này cho thấy rằng, đối với ít nhất một số thiết bị làm sạch không khí di động tiêu chuẩn tiêu dùng tuyên bố loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) từ không khí trong nhà, việc loại bỏ VOC có thể thực sự không đáng kể, và không khí được cung cấp có thể chứa thêm VOC và/hoặc các sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa, một số trong đó được biết đến là có hại cho sức khỏe con người,” các nhà nghiên cứu viết trong tạp chí Environmental Science and Technology Letters.

Sự phổ biến của máy lọc không khí trong nhà đã tăng vọt trong năm qua, khi hầu hết các máy lọc đều quảng cáo khả năng loại bỏ các hạt, bao gồm cả những hạt chứa virus được thở ra như SARS-CoV-2. Các nhà nghiên cứu của MIT đã không kiểm tra xem các máy lọc trong nghiên cứu của họ loại bỏ các hạt trong không khí trong nhà hiệu quả đến mức nào.

"Trong đại dịch, máy lọc không khí đã xuất hiện như nấm sau mưa, và đáng buồn thay, một số máy lọc không khí này có thể đưa các hóa chất vào không khí trong nhà mà gây lo ngại nhiều hơn những hóa chất mà chúng có thể loại bỏ,” Charles Weschler, một chuyên gia về ô nhiễm trong nhà tại Đại học Rutgers và Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, người không phải là tác giả của nghiên cứu MIT, cho biết. “Bài báo của Jesse Kroll và các đồng nghiệp là một minh chứng tuyệt vời cho thực tế này. Nó được thực hiện một cách cẩn thận, và kết quả được trình bày rõ ràng và có suy nghĩ."

Kiểm tra sản phẩm

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) được phát thải từ hàng ngàn sản phẩm gia đình, bao gồm sơn, dung môi, keo, đồ dùng vệ sinh, thuốc trừ sâu và nhiều hoạt động nấu nướng và vệ sinh. Chúng là một nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà đáng kể, và việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với một số VOC có thể gây ra các vấn đề sức khỏe lâu dài như ung thư hoặc tổn thương phổi, gan hoặc thận.

Hầu hết các máy lọc không khí tiêu dùng chứa các bộ lọc hoặc vật liệu hấp thụ có thể giữ lại các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) một cách vật lý, nhưng một số sản phẩm cũng cung cấp các phương pháp hóa học để tiêu diệt VOC, chẳng hạn như oxi hóa quang xúc tác hoặc ion hóa bằng cách sử dụng ánh sáng cực tím, công nghệ plasma, hoặc bộ lọc carbon-đioxit titan.

“Kroll giải thích: 'Quá trình oxy hóa của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) là nguyên nhân dẫn đến nhiều chất ô nhiễm quan trọng trong khí quyển của chúng ta, chẳng hạn như ozone ở tầng mặt đất hoặc vật chất hạt mịn thứ cấp. Vì vậy, có mối lo ngại trong cộng đồng hóa học khí quyển rằng có thể một số chất làm sạch tuyên bố là đang oxy hóa các VOC thực sự đang tạo ra các sản phẩm phụ có hại này.'"

Các sản phẩm không được quy định, và có ít dữ liệu về tỷ lệ loại bỏ VOC của chúng, các nhà nghiên cứu lưu ý. Kroll và các đồng nghiệp của ông đo lường các sản phẩm oxy hóa hình thành tự nhiên trong không khí ngoài trời, “vì vậy chúng tôi muốn mang công nghệ tương tự để áp dụng cho trường hợp trong nhà, vì chúng tôi có khả năng,” ông nói.

Các nhà khoa học đã mua bốn máy lọc không khí hạng tiêu dùng, có giá từ 65 đến 400 đô la, quảng cáo nhiều công nghệ làm sạch vật lý và hóa học. Họ đặt các máy lọc này trong một buồng khí được kiểm soát để quan sát tốc độ mà chúng làm sạch không khí khỏi nồng độ cao của hai hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) bị đưa vào buồng. Các VOC này bao gồm VOC tương đối không phản ứng toluen (thường liên quan đến mùi của sơn mỏng) và một hợp chất dễ phản ứng hơn gọi là limonen, chất tạo mùi cam chanh cho một số sản phẩm làm sạch.

"Khoảng hiệu quả rất lớn"

Chỉ có hai trong số các máy làm sạch có thể loại bỏ cả hai loại VOCs sau khi chạy 60 đến 90 phút trong buồng, trong khi các máy khác chỉ loại bỏ limonene. Nghiên cứu của nhóm đã phát hiện rằng tỷ lệ mà các máy làm sạch khối lượng không khí khỏi VOCs rất khác nhau. "Có một phạm vi hiệu quả rất lớn, với một số máy làm sạch không thể loại bỏ toluene," Kroll lưu ý.

Các thí nghiệm tiếp theo đã xác nhận rằng trong hai máy lọc không khí có hiệu quả tốt nhất trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), thì chính các bộ lọc vật lý hoặc hấp phụ đã thực hiện phần lớn việc loại bỏ thành công, trong khi quá trình oxy hóa chỉ đóng vai trò nhỏ hoặc không đáng kể.

Khi họ hoạt động bên trong các buồng, chính các thiết bị dọn dẹp cũng tạo ra thêm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) theo hai cách. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện hàng trăm hợp chất, bao gồm formaldehyde và acetone, được phát thải do quá trình “thoát khí” chậm của các thiết bị.

"Chúng tôi có lẽ không nên quá ngạc nhiên," Kroll nói. "Bởi vì với tất cả các thiết bị điện tử tiêu dùng, bạn lấy chúng ra khỏi hộp, xé bỏ lớp nhựa, và sau đó có mùi đó, chính là từ các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) phát tán ra."

Trong các trường hợp mà quá trình oxy hóa bởi chất làm sạch thực sự làm suy giảm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) được đưa vào, quá trình này cũng tạo ra hàng trăm sản phẩm phụ, bao gồm formaldehyde và các hợp chất VOC khác chỉ bị oxy hóa một phần.

Để có cái nhìn rõ hơn về mức độ mà tỷ lệ phát thải từ các chất tẩy rửa có thể dẫn đến chất lượng không khí kém hoặc vấn đề sức khỏe, ông cho biết thêm, “người ta thực sự cần đưa điều này vào một mô hình lớn hơn về không khí trong nhà ... liên quan đến toàn bộ thể tích của ngôi nhà, lưu lượng không khí và tất cả các nguồn của VOCs.”

Theo ghi chú của Kroll, việc sản xuất VOC thụ động bởi các máy lọc có khả năng giảm dần theo thời gian. Các sản phẩm phụ tạo ra bởi các máy khi hoạt động đáng lo ngại hơn, vì những sản phẩm này có thể tiếp tục hình thành trong suốt vòng đời của các máy lọc. "Nhưng may mắn thay, vì một số máy lọc không có vẻ như oxy hóa các VOC như quảng cáo, chúng không tạo ra nhiều sản phẩm phụ. Tuy nhiên, điều đó cũng có nghĩa là chúng không hiệu quả lắm," anh ấy nói.

Đối với người tiêu dùng đang tìm kiếm cách loại bỏ hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) trong nhà và văn phòng, Kroll cho biết thêm, "việc lọc không khí bằng bộ lọc than hoạt tính, một công nghệ đã được thử nghiệm và chứng minh không dựa vào phản ứng hóa học, vẫn là phương pháp nên sử dụng."

Nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của MIT, Qing Ye, là tác giả chính của bài báo. Các đồng tác giả bao gồm các nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của MIT, Victoria P. Barber và Amy I. H. Hrdina; các sinh viên cao học của MIT, Erik Helstrom, Lesly J. Franco, Matthew B. Goss, và Nadia Tahsini; giáo sư hóa học và sinh học hóa học của Đại học Harvard, Frank N. Keutsch; các sinh viên cao học của Harvard, Joshua D. Shutter, Yaowei Li, và Joshua L. Cox; và các nhà khoa học chính của Aerodyne Research, Jordan E. Krechmer và Manjula Canagaratna.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Alfred P. Sloan và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Becky Ham
news.mit.edu