​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.

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.

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.

Снимок экрана 2020-02-27 в 19.01.23.png
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.

Похожие новости

  • 18/05/2020

    Ученые Алтайского края совместно с коллегами из Новосибирска запатентовали уникальную технологию получения этилена

    ​Ученые Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (Бийск) совместно с коллегами из Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск) разработали уникальную технологию получения этилена.
    471
  • 20/02/2020

    Евгений Булучевский: одно дело - маленький провинциальный институт и совсем другое - часть федерального исследовательского центра

     В сентябре 2019 года ученые Центра новых химических технологий ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова» СО РАН зарегистрировали патент на катализатор, способ его приготовления и способ одностадийной переработки возобновляемого растительного сырья для получения экологически чистых компонентов моторных топлив.
    616
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1715
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    3221
  • 15/04/2019

    Новосибирские ученые исследуют управление атомами наночастиц для улучшения производства полиэтилена

    ​Ученые Института катализа Сибирского отделения Российской академии наук (РАН) в рамках гранта РНФ (Российский научный фонд) изучат управление атомами наночастиц, что позволит улучшить промышленную технологию получения крупнотоннажных полимеров, в том числе полистирола и полиэтилена, сообщил ТАСС заведующий лабораторией перспективных синхротронных методов исследования Института катализа СО РАН Ян Зубавичус.
    1615
  • 20/12/2016

    В ИК СО РАН разработали способ каталитической утилизации осадков сточных вод

    ​В Институте катализа СО РАН впервые разработан метод каталитической утилизации иловых осадков коммунальных сточных вод – одного из наиболее требовательных и сложных в утилизации видов отходов – с одновременной выработкой энергии для местного теплоснабжения.
    2264
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    1196
  • 19/12/2019

    Сибирские ученые научились делать этиловый спирт высшей очистки из мискантуса

    ​Ученые масштабировали технологию получения этилового спирта из многолетнего растения мискантус, сообщается на сайте Сибирского отделения РАН. В России ежегодно производится около 3,5 млн тонн этилена.
    991
  • 29/11/2019

    ИК СО РАН ведет исследования совместно с компанией «Татнефть»

    ​Ряд вопросов, актуальных для нефтегазохимического комплекса Республики Татарстан, был рассмотрен сегодня на заседании Совета директоров ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг».  Заседание состоялось в Доме Правительства РТ, провел его Президент Республики Татарстан Рустам Минниханов.
    1036
  • 24/11/2017

    Юрий Аристов: суровый климат России может стать ее конкурентным преимуществом

    ​Альтернативная энергетика подразумевает возможность получать тепло и энергию из того, чего много: где-то хватает солнечных дней, где-то — ветра, а чего предостаточно в Сибири? Правильно, холода. Учёные из Института катализа им.
    2001