Чистота воздуха и пыль.
В современных системах вентиляции и кондиционирования (СВК) воздуха жилых
и производственных помещений большое внимание уделяется очистке входящего и
циркулирующего воздуха. Чаще всего для этого применяются фильтры классов
EUR3 до EUR9 для улавливания пыли с размерами от 0,1 мкм (EUR9) и выше.
Емкость
этих фильтров по весу пыли в больших системах достигает десятков килограмм.
Увеличение емкости фильтров преследует очевидную цель: увеличить, насколько
это возможно, период между сменой этих фильтров.
С точки зрения физхимика пыль — это мелкодисперсные частицы, размерами
от 0,1 мкм с очень развитой поверхностью, до 100 м2 на 1 г пыли. На эту
поверхность
адсорбируются различные вредные вещества из воздуха. Но не только адсорбируются
(прилетают), но и десорбируются (улетают). Другими словами, поверхность
пыли находится с молекулярными газовыми загрязнителями в равновесии. Это равновесие,
т.е. сколько вредных молекул сидит на поверхности пыли, а сколько свободно
летает, зависит от природы поверхности и вещества — загрязнителя, а также
от температуры.
Раньше и в городах, и в деревнях ее убирали влажными тряпками. Хозяйка
каждый день убирает пыль, а вместе с ней вредные молекулы.
А если вместо хозяйки это делает пылевой фильтр большой емкости? Он
собирает самую мелкую пыль на своей поверхности и хранит долго, несколько
месяцев,
до смены пылевого фильтра. Параметры, определяющие равновесие пыль
— газовая фаза,
не меняются, пыль из квартиры не выносится, а вот количество вредных
молекул в воздухе этой квартиры возрастает, поскольку сам пылевой
фильтр становится
источником грязного воздуха.
|
Чистить воздух от пыли нужно. Поскольку частицы пыли при дыхании приносят
содержащиеся на их поверхности молекулярные загрязнители в концентрированном
виде. Нужно
чистить и саму пыль, задержанную фильтрами, точнее не пыль, а поток воздуха,
проходящий сквозь нее и несущий десорбированные с ее поверхности вредные
вещества.
Фотокатализ и летучие загрязнители.
На современном этапе развития науки фотокатализ определяют как “изменение
скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии
веществ
(фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических
превращениях участников реакции, многократно вступая с ними в промежуточные
взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких
взаимодействий”.
Фотокатализ играет важнейшую роль в живой природе. Так, процесс фотосинтеза,
обеспечивающий жизнь на Земле, фотокаталитический. В процессах очистки воздуха
от органических примесей в качестве фотокатализатора используется исключительно
ТiО2.
ТiО2 — полупроводниковое соединение. Согласно современным представлениям,
в таких соединениях при поглощении кванта света с 390 нм свободные электроны
и вакансии
(дырки) разделяются и выходят на поверхность наночастиц катализатора.
Захваченные поверхностью электрон и дырка являются вполне конкретными химическими
частицами. Например, электрон — это, вероятно, Тi3+ на поверхности, а дырка
(электронная вакансия) локализуется на решетчатом поверхностном кислороде,
образуя О- и ОН-
радикалы. Они чрезвычайно реакционноспособны и могут окислять любые органические
соединения, а также СО, NOx, H2S, NH3.
Практическое применение.
Фотокаталитические системы очистки воздуха стали находить коммерческое приме
нение с 1994 года сначала на специальных производствах — уничтожение следов
нитроглицерина в цехах по производству взрывчатых веществ, штат Флорида, США,
затем в пищевой
индустрии — уничтожение этилена в хранилищах фруктов и овощей и, наконец, в
офисных и бытовых помещениях. В России этот метод впервые реализован в серии
приборов
АЭРОЛАЙФ.
Причины достаточно быстрого внедрения ФКО в практику воздухоочистки следующие:
- Высокая эффективность удаления молекулярных загрязнений;
- Системы ФКО могут работать при комнатной температуре и ниже (до –18°С);
- Системы ФКО наиболее пригодны для удаления небольших (единицы мг/м3)
концентраций загрязнителей; - Не требуют для своей работы дополнительных химических реактивов;
- Не выделяют во время работы окислов азота (NОх);
- В них используется относительно недорогой, главное, абсолютно экологически
безопасный катализатор (TiO2 или Pt(Pd)/TiO2); - Системы допускают масштабирование и могут обрабатывать потоки воздуха
от 20 м3/час до 10000 м3/час и выше.
Эффективность деструкции (K) различных химических загрязнений в системах
ФКО представлена в Таблице 1
К= времени, мин]•[эл. мощ. ламп УФ-диапазона,
Вт].
Практически во всех ФКО используются газоразрядные лампы низкого давления
с излучением в УФ-А диапазоне (320 нм – 400 нм). Этим обстоятельством, в основном,
определяются габариты установки.
Для расчета параметров ФКО установки в приточно-рециркуляционной системе
вентиляции необходимо знать:
а) воздушный поток наружного воздуха (м3/час);
б) концентрации загрязнителей на входе, чаще всего это СО, NОх, формальдегид,
фотохимический озон (мг/м3) (Свнеш);в) мощности источников загрязнений, находящихся внутри помещения (Свнутр).
Первые два параметра обычно известны. Третий параметр требует тщательного
измерения и зависит от назначения помещения (кухня, производство, офис
с курящими) Приведем
пример из жизни (см. пример).
|
Таблица 1. * угарный газ фотоокисляется только на катализаторе, содержащем
Pt или Pd;
** дана скорость уничтожения NОх в присутствии СО или СnНm
Приточно-вытяжная вентиляция все равно необходима, однако, жильцы верхних
этажей запаха органики чувствовать не будут.
|
| Схема ФКО |
Этот пример показывает, что чистота воздуха в помещениях дело довольно энергозатратное.
Но все-таки ФКО здесь оказывается дешевле других методов очистки воздуха
от летучей органики.
В общем виде это утверждение иллюстрирует Таблица 2, составленная ведущим
американским специалистом в области фотокатализа проф. Дж. Оллисом.
|
Таблица 2. Обработка выбросов воздуха после сушки химических продуктов
Скорость потока = 142 м3/мин, t=27°С, влажность
60 %, содержание вредных веществ = 25 ppm (метанол, этанол), 50 ppm (дихлорметан).
Пример.
Салон красоты (наращивание и крашение ногтей) на первом этаже жилого
дома.
Концентрация внутри салона
Суммарно альдегиды 50 мг/м3 мин Мощность ФКО установки для уничтожения
Ксилол, толуол 10 мг/м3 мин паров растворителей должна быть
Объем помещения 400 м3 Р = 4500 Вт, габариты 3,2 м3
Бактерицидное действие воздухоочистителей серии АЭРОЛАЙФ будет рассмотрено
в дальнейших публикациях.
Першин А.Н.,
директор Информационно-
Технологического института
Если Вас заинтересовал новый метод очистки воздуха обращайтесь по:
тел.: (095) 135-8520, 135-8060,
e-mail: airlife@airlife.ru
или на сайт www.airlife.ru
