La filtrazione molecolare

Le cappe a filtrazione molecolare sono cappe da chimica dotate di gruppi filtranti che consentono di riciclare l’aria espulsa direttamente nel locale, senza necessità di canalizzarla all’esterno dell’edificio.
Diversi modelli di cappe a ricircolo sono comunque predisposti per la canalizzazione all’esterno dell’aria filtrata espulsa. I banchi e tavoli settori aspirati e filtrati utilizzano anch’essi questa tecnologia per evitare la canalizzazione verso l’esterno, offrendo rispetto alle cappe chimiche e per alcune specifiche applicazioni, il vantaggio della massima libertà di movimento dell’operatore.
Considerando i tre tipi principali di contaminanti veicolati dall’aria - inerti, chimici e biologici - in laboratorio si utilizzano principalmente due tecnologie: la filtrazione assoluta dell’aria per la rimozione di polveri e microrganismi, e la filtrazione molecolare per i vapori nocivi.

Contaminanti inerti

Sono costituiti da particelle solide sospese nell’aria con dimensioni nell’ordine dei micron. Si parla di contaminazione particellare e si utilizzano i filtri cosiddetti “assoluti”.

Contaminanti biologici

Sono aerosol di microrganismi e virus veicolati dall’aria. Le dimensioni delle goccioline sono nella maggior parte dei casi non inferiori ai 0,5 micron. Il comportamento degli aerosol è assimilabile a quello delle particelle solide e pertanto si utilizzano i filtri assoluti.

Contaminanti chimici

Sono molecole di sostanze chimiche diffuse nell’aria. Le dimensioni di queste molecole sono nell’ordine degli Amstrong e quindi occorre utilizzare filtri specifici (es. filtri a carbone attivo, setacci molecolari).

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La rimozione dei contaminanti chimici presenti nell’aria è in molti casi possibile e conveniente, soprattutto nei laboratori che utilizzano sostanze chimiche ben definite (es. Anatomia Istopatologica).

La tecnologia utilizzata è quella della filtrazione molecolare dell’aria tramite carbone attivato che si basa sul principio fisico dell’adsorbimento e, in casi specifici, su quello della neutralizzazione chimica (chemisorpzione).

Il carbone attivo è un materiale naturale amorfo microporoso prodotto da materie prime selezionate. I filtri migliori utilizzano carbone pregiato prodotto con noci di cocco, la cui superficie di scambio, dopo l’attivazione mediante vapore ad alta temperatura, può superare i 1200 mq per ogni grammo di carbone attivo.

La capacità di fissare le molecole alla superficie del carbone è nota come adsorbimento (l’assorbimento è invece il fenomeno generato per capillarità, come avviene nella carta per i liquidi).
La capacità di adsorbimento (spesso espressa in percentuale rispetto al peso del filtro) è influenzata da diversi fattori quali il tempo di contatto (o tempo di residenza) derivante dalla velocità di passaggio dell’aria attraverso lo spessore del filtro, la pressione, la temperatura e l'umidità dell'aria, la concentrazione e la natura chimica dell'elemento contaminante, la polverosità dell’aria (quantità di pulviscolo inerte presente nell’aria ambiente), il tipo la granulometria e la compattezza del carbone impiegato.

Per sostanze a basso peso molecolare si utilizzano carboni impregnati con sostanze in grado di neutralizzare chimicamente la molecola (chemiassorbimento) (es. aldeidi, ammoniaca, ecc.).

Una caratteristica del carbone attivo è la continua, incessante attività di adsorbimento delle molecole presenti nell'aria con cui viene a contatto anche quando la cappa non è in funzione, fatto da considerare per valutare la durata del filtro.

La scelta del tipo di filtro da utilizzare nella cappa chimica (a ricircolo) è fondamentale per la sicurezza in laboratorio e le norme di riferimento (per es. AFNOR NF X15-211 e BSI 7989), attribuiscono all’utilizzatore e al fornitore insieme, la responsabilità della selezione del filtro più appropriato per la destinazione d’uso.

E’ bene però ricordare i limiti di questa tecnologia che non dovrà essere utilizzata in presenza di

• grandi quantità di sostanze volatili come - a solo titolo d'esempio - le digestioni acide e l’essiccazione per evaporazione di solventi
• sostanze molto tossiche
• altamente corrosive, esplosive o altamente infiammabili
• radioattive
• sostanze chimicamente incompatibili tra loro
• sostanze incompatibili con il filtro installato o con le sostanze precedentemente adsorbite dal filtro
• sostanze che diano origine a reazioni esotermiche o esplosive quando poste in contatto tra loro
• sostanze che producono reazioni con esito incerto
• materiale a rischio biologico

Quando il contaminate presente nell’aria è di tipo particellare (polveri e aerosol), occorre adottare un filtro assoluto (HEPA, High Efficiency Particulate Air), costituito da un sottile foglio di fibra di vetro finemente pieghettato, in grado di trattenere oltre il 99,99% di particelle con diametro uguale o superiore a 0,5 µm. L’esperienza dimostra che l'efficienza è nettamente superiore grazie alle cariche elettrostatiche prodotte dal passaggio dell'aria attraverso le fibre del filtro.

A differenza del filtro molecolare che col passare del tempo esaurisce la capacità di adsorbimento senza variare la perdita di carico (ossia la resistenza al passaggio dell’aria), il filtro assoluto col tempo aumenta la propria efficienza in maniera proporzionale alla perdita di carico e alla rumorosità della cappa.

I filtri assoluti sono classificati dalla norma tecnica di riferimento EN 1822 secondo la loro efficienza di filtrazione in filtri HEPA H14 (Efficienza iniziale minima EI 99,995%) e in filtri ULPA U15 (Ultra Low Penetration Air, Efficienza iniziale minima EI 99,9995%). Per questo motivo trovano impiego principalmente nelle cappe biologiche e di sicurezza microbiologica (biohazard).

E’ importante però ricordare che i filtri assoluti HEPA e ULPA agendo come “setacci” non hanno alcun effetto sui contaminanti chimici presenti nell’aria sotto forma di vapori o gas. Inoltre una cappa chimica dotata di filtri assoluti non può e non deve essere utilizzata per la manipolazione di materiale patogeno, per la quale è obbligatorio l’uso di cappe di sicurezza microbiologica (biohazard) appositamente concepite.

Le cappe chimiche a ricircolo richiedono una specifica formazione del personale che le utilizza e di quello incaricato delle verifiche periodiche e della manutenzione, in particolare per quanto riguarda le caratteristiche del media filtrante, i limiti di impiego, il corretto utilizzo della cappa e le modalità di verifica periodica dell’efficienza di filtrazione.

Vedi filtri COMFIT...