You might think of gas masks as clunky, spooky, military-looking devices only found in spy movies or World War I museums. But you probably already own a mask that uses remarkably similar technology. And in the near future, we may need to rely on these filters as part of our everyday lives. In addition to emerging diseases, wildfire frequency has more than tripled from 1996 to 2021. As fires burn longer and cover more land, their smoke affects more people each year. Climate change is also causing more hot, sunny days, which accelerates the production of toxic ground level ozone. So, how do these masks work, and can they protect us from new and old airborne threats?
Puedes pensar que las máscaras de gas son aparatos toscos, espeluznantes y militares vistos solo en películas de espías o museos de la Primera Guerra Mundial. Pero es probable que ya tengas una máscara con una tecnología notablemente similar. Y en un futuro cercano, podríamos necesitar estos filtros como parte de nuestra vida diaria. Sumado a enfermedades emergentes, la frecuencia de los incendios forestales se ha más que triplicado de 1996 a 2021. Con incendios más vastos y prolongados, el humo afecta a más personas cada año. El cambio climático también provoca más días calurosos y soleados, lo que acelera la producción de ozono tóxico a nivel del suelo. ¿Cómo funcionan estas máscaras? ¿Pueden protegernos de las amenazas aéreas nuevas y antiguas?
Well, the first rule of filters is making sure you have a tight seal. Without that, even the best mask in the world is useless. So assuming your mask is on tight, this technology can capture pollutants in one of two ways: filtering them out by size or attracting specific chemical compounds.
La primera regla de los filtros es asegurar un sellado hermético. Sin eso, incluso la mejor máscara del mundo es inútil. Asumiendo que la máscara esté ajustada, esta tecnología puede capturar los contaminantes de dos maneras: filtrándolos por tamaño o atrayendo compuestos químicos específicos.
For an example of the first approach, let’s look at wildfire smoke. When forests burn, they generate a wide variety of chemicals. At close range, there are so many different pollutants at such high concentrations that no filter could help you— this is why firefighters travel with their own air supply. But further away, the situation is different. While there's still a range of chemicals, they’ve mostly aggregated into tiny solid or liquid particles smaller than 2.5 microns in diameter. This particulate matter is much of what you're seeing and smelling in smoke, and it's especially dangerous for children, the elderly, and those with respiratory or cardiovascular diseases.
Un ejemplo del primer enfoque es el humo de los incendios forestales. Cuando los bosques se queman, generan una gran variedad de sustancias químicas. A corta distancia, hay tantos contaminantes diferentes tan concentrados que ningún filtro podría ayudar. Por eso los bomberos viajan con su propio suministro de aire. Pero más lejos, la situación es diferente. Si bien hay varias sustancias químicas, la mayoría se ha congregado en pequeñas partículas sólidas o líquidas de menos de 2,5 micras de diámetro. Estas partículas suspendidas son lo que más se ve y huele en el humo, y es especialmente peligroso para los niños, los ancianos y aquellos con enfermedades respiratorias o cardiovasculares.
Luckily, the majority of these particulates are still large enough to be captured by the most basic filters, which are made of polypropylene or glass strands roughly 1/10 the width of a human hair. Under a microscope, they look like a thick forest, and at this scale, these branches have a special property.
Por suerte, la mayoría de estas partículas aún son lo bastante grandes para ser capturadas por los filtros más básicos, que están hechos de hebras de polipropileno o vidrio de 1/10 del ancho de un cabello humano. Al microscopio, parecen un bosque espeso y, a esta escala, estas ramas tienen una propiedad especial.
Typically, when you use a sieve, you’re filtering out objects larger than the sieve’s holes. But these polypropylene branches can catch particles much smaller than the gaps between them.
Generalmente, con un colador se filtran objetos más grandes que los orificios. Pero estas fibras de polipropileno pueden atrapar partículas mucho más pequeñas que los espacios entre ellas.
That’s because, when a particle collides with a thread, van der Waals forces cause it to stick as if it were made of Velcro. Plus, size-based filters can use electrically charged fibers that attract particles not already on a collision course. This is how even a simple N95 mask can catch at least 95% of particulate matter. And why an N100 mask or an air purifier with a high efficiency particulate air filter can catch at least 99.97% of particulates. With a tight seal, this level of protection will filter out most airborne pollution.
Es porque cuando una partícula choca con un hilo, las fuerzas de van der Waals hacen que se pegue como si estuviera hecho de velcro. Además, los filtros basados en el tamaño pueden usar fibras cargadas eléctricamente que atraen partículas que aún no están en curso de colisión. Así, incluso una simple máscara N95 puede atrapar al menos el 95 % de las partículas. Y por qué una máscara N100 o un purificador de aire con un filtro de alta eficiencia pueden atrapar al menos el 99,97 % de las partículas. Con un sellado hermético, este nivel de protección filtrará la mayor parte de la polución del aire.
Unfortunately, some pollutants are still too small for this approach, including ozone molecules. These are barely bigger than the oxygen that we need to breathe and exposure is associated with asthma, respiratory conditions, and even premature death. Our best chance to filter them are activated carbon masks. At the microscopic level, activated carbon looks like a vast black honeycomb, and it's highly microporous structure can trap tiny ozone molecules. But this material still needs help to capture other pollutants like hydrogen sulfide, chlorine, and ammonia. For these threats, we need to combine the activated carbon with some simple chemistry. If the pollutant is acidic, we can infuse the filter with a basic chemical. Then when the two meet, they react, and the gas is trapped. Similarly, we can use acids to trap basic pollutants.
Por desgracia, algunos contaminantes aún son muy pequeños para este enfoque, incluidas las moléculas de ozono. Son apenas más grandes que el oxígeno que necesitamos para respirar y la exposición se asocia con el asma, las afecciones respiratorias e incluso la muerte prematura. Nuestra mejor opción para filtrarlos son las mascarillas de carbón activado. A nivel microscópico, el carbón activado parece un enorme panal negro, y su estructura altamente microporosa puede atrapar pequeñas moléculas de ozono. Sin embargo, este material aún no captura otros contaminantes como el sulfuro de hidrógeno, el cloro y el amoniaco. Para estas amenazas, hay que combinar el carbón activado con química sencilla. Si el contaminante es ácido, infundimos en el filtro una sustancia química básica. Cuando los dos se encuentran, reaccionan y el gas queda atrapado. Del mismo modo, podemos usar ácidos para atrapar los contaminantes básicos.
Even with the right mask, it's still smart to check air quality indicators and to stay indoors when the threat level is high. And just like a mask, you'll want to make sure your house is well sealed. You can do this by closing windows, turning off fans that vent outside, and using HEPA filter equipped air purifiers or their cheaper, DIY cousin, the Corsi-Rosenthal box. Following these guidelines can help us breathe easy as we work on preventing these pollutants in the first place.
Incluso con la máscara adecuada, conviene comprobar la calidad del aire y no salir cuando el nivel de peligro es alto. Al igual que con una máscara, querrás asegurar que tu casa sea hermética. Cerrando las ventanas, apagando los ventiladores que ventilan el exterior y utilizando purificadores de aire con filtros HEPA o con su prima más barata hecha en casa, la caja Corsi-Rosenthal. Seguir estas pautas nos ayuda a respirar con facilidad mientras nos esforzamos en prevenir estos contaminantes de raíz.