В воздухе помещения фотокаталитическое окисление производит формальдегиды как побочный продукт.

21.07.08 | Публикации

По материалам AT. Hodgson, D.P Sullivan and W.J. Fisk

Фотокаталитическое окисление (ФКО) является очень многообещающей новой технологией для уменьшения летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе помещения. Во время этого процесса происходит воздействие ультрафиолетовых лучей на катализатор, такой, как двуокись титана, с тем, чтобы производить гидроксильные радикалы (ОН). Эти гидроксильные радикалы очень реактивные, и могут окислять или расщеплять типичные для воздуха помещения ЛОС.

Исследование, проведенное американскими учеными Ходгзоном, Силиваном и Фиском (А.Т. Hodgson, D.P. Sullivan and W.J. Fisk) называлось «Оценка возможности применения метода фотокатализа в помещении: преобразование летучих органических соединений при низких концентрациях (частиц на миллиард частиц)». Целью исследования было определить можно ли применять этот процесс для того чтобы уменьшить количество ЛОС в воздухе офисного помещения с тем, чтобы с наименьшими энергетическими затратами соединить метод фотокатализа с фильтрацией, не полагаясь только на вентиляцию.

Исследования выявили, что большинство проведенных ранее исследований этой технологии были сделаны в лабораторных условиях. При подавляющем большинстве исследований использовали только несколько основных загрязняющих ЛОС воздуха помещения с тем, чтобы лучше понять этот процесс. Данные исследования были смоделированы таким образом, чтобы смоделировать низкие концентрации ЛОС, которые могут встречаться в реальности в воздухе помещения. Теоретически все ЛОС должны быть разложены в конечном итоге на углекислый газ и воду. Тем не менее, во многих случаях до того, как подойти к своей конечной фазе эта реакция может быть комплексной и проходит через несколько стадий, во время которых могут образовываться достаточно стабильные промежуточные побочные продукты. Вопрос в том, способен ли фотокаталитический процесс проходить достаточно быстро и полностью нейтрализовать эти ЛОС, а не производить вредные ЛОС, как непредвиденный побочный продукт.

Чтобы исследовать это были созданы три группы смесей ЛОС. Первая была комбинацией из 27-ми ЛОС, которые обычно присутствуют в воздухе офисных помещений. Вторая – была смесью наиболее часто применяемых чистящих средств (очистителя на основе масла сосны, очистителя с использованием 2-бутоксиэтанола и очистителя с применением d-лимонене (апельсиновое масло)). Третья группа была создана из ЛОС, образующихся от строительных материалов, таких как: крашеные стены, композитное дерево, ковры и виниловые покрытия. Поток воздуха и концентрация ЛОС менялись для каждой смеси, с тем, чтобы получить всего девять экспериментов. Были проведены замеры ЛОС на входе и на выходе воздушного потока. Были проведены так же другие эксперименты только со смесью формальдегидов, ацетальдегидов и фотокаталитического устройства.

Обычно эффективность преобразования ЛОС варьирует в зависимости от типа ЛОС и скорости воздушного потока. Интересно, что концентрация ЛОС не значительно влияет на результат. В независимости от увеличения концентрации ЛОС в два и в три раза, поток подаваемого воздуха (ППВ) оставался одинаковым. Для группы чистящих средств эффективность очистки составила от 20 до 80%. Для строительных материалов – от 18 до 49%. Смесь альдегидов – эффективность от 18 до 49%. Обычно эффективность распада падала в следующем порядке. Более эффективными распадались алкоголи и гликоли, чем альдегиды, кетоны и терпен углеводороды, затем шли ароматические и алифатические углеводороды. В принципе, уровень преобразования внушал оптимизм, и авторы отмечают, что метод фотокатализа (ФК) может привести к энергосбережению.

Тем не менее, во время эксперимента открылись факты, которые привели ученых в замешательство. Исследователи обнаружили, что в результате неполной декомпенсации ЛОС, находящихся в воздушном потоке на входе, была чистая продукция формальдегидов, ацетальдегидов, муравьиной и уксусной кислот. В частности, концентрация формальдегидов и ацетальдегидов на выходе была в 3,4 и в 4,6 раз выше соответственно. И формальдегиды, и ацеталь-дегиды признаны очень опасными токсическими веществами в воздухе внутреннего помещения. Формальдегиды классифицированы как канцерогены для человека. Поэтому необходимо поддерживать количество формальдегидов и ацетальдегидов на самом низком уровне.

В то время как при попадании ЛСО на ФК-устройст-во образует формальдегиды и ацетальдегиды, ФК также раскладывает эти компоненты. Вопрос в том, увеличивается или нет в воздухе помещения количество этих веществ. Используя моделирование, основанное на результатах экспериментов, авторы пришли к выводу, что при использовании метода ФК в офисном здании произойдет трехкратное увеличение содержания формальдегидов и ацетальдегидов в воздухе(в зависимости от концентрации и типа ЛОС).

В заключении исследователи пишут, что в то время как применение ФК-устройства может являться полезным для улучшения широкомасштабного улучшения качества воздуха в помещениях, где находятся люди, увеличение количества формальдегидов и ацетальдегидов в воздухе требует лучшего и дальнейшего изучения. Принимая во внимание эксперименты и расчеты, исследователи считают, что получение альдегидов является очень серьезной причиной для того, чтобы не рекомендовать этот метод для использования в настоящее время. Необходимо провести дальнейшее изучение, с тем, чтобы либо уменьшить количество формальдегидов и ацетальдегидов, получаемых в результате реакции, либо соединить эту технологию с применением газоочистителей, с тем, чтобы улавливать токсичные побочные продукты до того, как они будут возвращены обратно в помещение.

Во время исследования были применены несколько скоростей подачи воздуха на ФК-устройство. Значительное уменьшение процента расщепленных ЛОС было замечено при увеличении скорости подачи воздуха. Причина в том, что ЛОС будут присутствовать в устройстве ФК меньшее количество времени. Еще большая проблема видится в том, что высокой скоростью для эксперимента считалось всего 570 м³/ч. Большинство систем в жилых зданиях производят, по крайней мере, 1680 м³/ч, в то время как в коммерческих – обычно 3360 м³/ч. На таких, еще более высоких скоростях подачи воздуха, чем в эксперименте, можно предположить, что процент разложения веществ будет еще ниже, а количество побочного продукта еще больше, но эти выводы требуют дополнительного экспериментального подтверждения.

Данное исследование поставило ряд вопросов о применении ФК для очистки воздуха в помещениях, где находятся люди. Ряд компаний производят и продают эти устройства для применения в жилых домах, в офисах, и других коммерческих зданиях. Они делают это, предполагая, что их устройства работают эффективно и безопасно.

По поводу того производят эти устройства или нет нежелательные вещества, как побочный продукт, не было проведено ни одного эксперимента. Список производителей ФК-установок растет день ото дня. Данное исследование подняло много вопросов по поводу эффективности и безопасности данного метода.

Еще один вопрос, над которым стоит задуматься, это применение фотокатализа в помещениях, где курят. Уменьшение неприятных запахов в таких помещениях как бары, рестораны и дома, где есть курящие, звучит заманчиво. Тем не менее, сигаретный дым включает в себя более 1000 различных химических веществ. Отсутствуют хорошие научные исследования по поводу того, что происходит после реакции в ФК-устройстве с этими 1000 с лишним химическими веществами, а так же с гидроксильными радикалами и другими реактивными кислородными видами (РКВ) после их выхода из ФКУ. Уже есть исследования по поводу того, как влияет озон (еще один РКВ) на сигаретный дым и результаты вышеупомянутого исследования, так что самое меньшее, что можно предположить – это то, что как побочный продукт сигаретного дыма мы будем иметь формальдегиды. Какие еще побочные продукты, их количество, а так же возможные другие мельчайшие частицы могут образовываться, все это требует дальнейшего изучения.

Из исследования можно сделать вывод, что воздух помещения – это сложная субстанция, поэтому, производить химические реакции с ним достаточно опасно. То, что вы хотите получить, не всегда совпадает с тем, что вы получаете. Продукты химической реакции могут быть еще опаснее, и на много опаснее, чем вступающие в реакцию вещества. Несмотря на то, что фотокаталитическое окисление является многообещающим изобретением, оно еще до конца не изучено, и нельзя говорить о возможности его широкого применения в помещениях, где находятся люди.

По материалам ж-ла «СОК»