Дышать свободно: как воздухоочистители борются с вирусами

Фото: компания TIOKRAFT Китайский вирус, которым, по последним данным, заразились более 82 тыс. человек по всему миру, массово до России пока не добрался. Тем не менее и у нас в стране соблюдаются повышенные меры безопасности. Медицинские маски, антисептические средства, противовирусные препараты – пожалуй, одни из самых продаваемых товаров сегодня. В перечне помощников в борьбе с вирусом – также воздухоочистители. Речь идет о системах очистки воздуха, которые работают на основе фотокатализа. Их фильтры способны справиться с 99% бактерий и вирусов, в том числе могут стать действенным способом борьбы со злополучным COVID-2019. В России подобные устройства выпускаются на предприятии КРЭТ. Концерн уже заявил, что готов к массовым поставкам систем очистки воздуха в медицинские учреждения, вокзалы, аэропорты, а также на промышленные и другие объекты для защиты от эпидемий. Поймать и обезвредить Сегодня воздухоочистители с функцией фотокатализа считаются самыми современными и эффективными. Фотокаталитические фильтры можно встретить не только в системах для больниц и промышленных предприятий, но даже в бытовых очистителях. Спрос на такие устройства растет с каждым днем, что совсем неудивительно. В больших городах воздух загрязнен выхлопами огромного количества автомобилей, выбросами промышленных предприятий, часто регистрируется превышение нормы угарного газа, окислов азота и других небезопасных соединений. По мнению многих экспертов, в помещении воздух хуже в несколько раз по сравнению с тем, чем мы дышим на улице. Все это, конечно же, отражается на общем состоянии организма, зачастую становится причиной аллергических проявлений и общей утомляемости. Видео: компания TIOKRAFT Фотокаталитические очистители уничтожают частицы размером до 0,001 мкм. Это значит, что им под силу справиться с газообразными веществами минимального размера, такими как табачный дым, формальдегид, угарный газ. Кроме того, особую роль они играют в борьбе с вирусами. Основное преимущество таких приборов в том, что вирусы не скапливаются в них – очистители их уничтожают, разлагая до безопасных молекул. Поэтому воздухоочистители с функцией фотокатализа незаменимы в медицинских учреждениях, где находится на лечении большое количество ослабленных пациентов. К сожалению, сегодня это актуально как никогда. В связи с эпидемией коронавируса Китай в срочном порядке заказывает крупные партии таких устройств для строящихся больниц. Один из ведущих российских производителей подобных систем – Раменский приборостроительный завод, входящий в КРЭТ. Концерн уже заявил, что готов к массовым поставкам систем очистки воздуха для защиты от вирусных эпидемий. КРЭТ планирует обратиться в Министерство здравоохранения РФ с предложением дооснастить крупнейшие медицинские учреждения и места массового скопления людей современными системами фотокаталитического обеззараживания воздуха собственного производства – TIOKRAFT. При этом линейка приборов позволяет использовать их не только на стационарных объектах, но и в малогабаритных замкнутых пространствах, например на самолетах или морских судах. Фотокаталитическая история Если вспомнить историю создания этих приборов у нас в стране, то можно с уверенностью сказать, что это один из удачных примеров конверсии отечественных оборонных разработок. Изначально технология очистки воздуха на основе фотокатализа разрабатывалась в интересах защиты населения от химического и бактериологического оружия. В конце прошлого века в Институте катализа им. Г.К. Борескова Cибирского отделения РАН проводились исследования фотокаталитического разрушения веществ, имитирующих боевые отравляющие вещества. В результате экспериментов было установлено, что фотокаталитическое окисление на диоксиде титана (TiO2) может применяться для разрушения боевых газов. Фото: Институт катализа им. Г.К. Борескова Тем не менее это крайне важное достижение науки в области очистки и обеззараживания воздуха имеет более долгую историю. Одно из самых ранних упоминаний о фотокатализе датируется 1910 годом и связано с именем русского фотохимика Ивана Плотникова. Но исследования в этой области развивались неактивно и практически прекратились из-за отсутствия потенциального практического применения. Прорыв произошел в 1972 году, когда аспирант Токийского университета Акира Фудзисима и его научный руководитель профессор Кениши Хонда занялись поиском новых технологий получения водорода. В результате им удалось обнаружить электрохимический фотолиз воды, или процесс разложения воды на поверхности кристаллов диоксида титана (TiO2) под действием солнечного света. Сегодня этот метод известен как метод Fuishima-Honda. Исследования и разработки в области фотокатализа, особенно в сфере электрохимического фотолиза воды, продолжаются и сегодня. Как считают многие ученые, фотокатализ в ХХI веке может претендовать на роль основного метода молекулярной очистки воздуха. Многочисленные исследования свидетельствуют, что такие воздухоочистители во многом эффективнее популярных бактерицидных ламп и рециркуляторов. Фотокаталитический фильтр не задерживает вредных примесей и микроорганизмов – они просто распадаются на безопасные молекулы воды и углекислого газа. Разрушение светом: фотокатализ в действии На самом деле использование катализа людьми известно с древних времен, например для изготовления вина и уксуса. Приставка «фото» появилась, так как речь идет об ускорении химических реакций под действием света в присутствии фотокатализаторов – веществ, поглощающих кванты света. Сам термин «фотокатализ» образован из двух греческих слов – «катализ» (разрушение) и «фотос» (свет). Кстати, фотокатализ можно назвать естественным методом очистки воздуха – он играет важнейшую роль в живой природе. Так, процесс фотосинтеза, обеспечивающий жизнь на Земле, – фотокаталитический. В роли фотокатализатора здесь выступает хлорофилл. В воздухоочистительных системах, созданных человеком, в качестве фотокатализатора используют исключительно диоксид титана (ТiO2). В обычном своем состоянии ТiO2 не отличается особой химической активностью. Кстати, одна из областей его широчайшего применения – использование в качестве пищевой добавки Е171. Это белый краситель-отбеливатель, который часто применяется при производстве сухого молока и быстрых завтраков. При воздействии интенсивным лучом ультрафиолетового спектра диоксид титана становится мощнейшим окислителем. Схема: компания TIOKRAFT Одним из важных свойств окислителей является их способность разлагать органические вещества на воду и углекислый газ. Дело в том, что подавляющее большинство находящихся в воздухе загрязнений имеют органическую природу. Фотокатализаторы действуют не только на мертвую органику, но и на живую – бактерии, споры грибов и вирусы. Конструктивно любой фотокаталитический фильтр представляет собой пористый носитель, на поверхность которого нанесен слой диоксида титана молекулярной толщины. Размер здесь имеет значение – именно в таком состоянии катализатор ТiO2 высокоактивен и имеет максимальную поверхность для реакции. К примеру, в очистителях TIOKRAFT производства КРЭТ применяется катализатор в виде ультрадисперсного порошка. Требования к материалу самого носителя также весьма суровые – он не может быть сделан из органических материалов, так как под действием ультрафиолета любое органическое вещество разлагается; он должен пропускать ультрафиолет, а значит должен быть прозрачен; при малых размерах он должен иметь огромную поверхность для контакта катализатора и воздуха. В приборах TIOKRAFT носители представляют собой пластины или трубки из спеченных кварцевых шариков диаметром 1 мм. Принцип действия такого фильтра также достаточно прост: задержанные порами стекла микрочастички органики в среде диоксида титана под действием ультрафиолетового излучения распадаются на углекислый газ и воду. Простота устройства и работы очистителей воздуха с функцией фотокатализа дает отличные перспективы использования этого метода на практике, в том числе и в целях превентивных мер защиты от вирусных эпидемий. Конечно, в борьбе с вирусами требуется комплексный подход. Это и новые дезинфицирующие средства, и новые медикаменты, и вакцинация. Внедрение новых технологий очистки и обеззараживания воздуха внесет свой немалый вклад в эту вечную борьбу.