УДК 614

РАЗРАБОТКА МНОГОСЛОЙНОЙ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ «AIR GUARD» ДЛЯ ОЧИЩЕНИЯ ВОЗДУХА В ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Цверкунова А.М.

Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина, гр. БНТ-21, бакалавр,

E- mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Олейникова И.В. 

Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина, к.ф.-м..н., доц., 

E- mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Хоперский С.В.

ГО «Асоциация специалистов гражданской защиты»

E- mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Исследования свидетельствуют: ежегодно загрязнение воздуха приводит к 7 миллионам смертей, что является даже большим показателем, чем потери от войн, курения и туберкулеза. "Независимо от места жительства грязный воздух сокращает продолжительность жизни: в США примерно на 4 месяца, а в Индии - на 1,5 года", - сообщает ООН. В Киеве зарегистрирован один из самых высоких уровней загрязнения воздуха в мире.

Актуальность.  Загрязнение воздуха разными бактериями приводит к возникновению большого количества заболеваний. С годами все больше эпидемий развиваются и передаются воздушно-капельным путем, то есть через воздух в закрытом помещении. Проблема загрязненного воздуха достаточно глобальна и требует серьезных решений. К сожалению, мы не можем одной системой очистить весь атмосферный воздух, но предлагаем защититься от бактерий в закрытом помещении с помощью фильтрующей вентиляционной системы «Air Guard».

Основная часть. Наряду с главными загрязнителями воздуха, такими как: производители энергии (ТЭС, АЭС, ГРЭС, котелки); промышленные объекты (металлургические, химические, нефтеперерабатывающие, цементные, целлюлозно-бумажные); сельское хозяйство, военная техника, авто [1], большую опасность для человека создают биологические патогены: вирусы, бактерии и т.д. За последние 10 лет состояние воздуха в Украине значительно ухудшилось, о чем свидетельствуют данные [2].

«Загрязнение воздуха в Украине повлекло в четыре раза больше смертей на душу населения, чем в пяти чистых странах вместе взятых». 

Рис.1. Количество смертей в странах мира на каждые 100 000 человек.

Украина занимает шестое место в рейтинге городов по уровню смертей от загрязнения воздуха и составляет 120 смертей на 100 тысяч населения. Для сравнения: в Австралии от загрязнения воздуха количество летальных исходов составляло 94 человека. Об этом сообщается в статье с источниками исследований ученых из Всемирной организации (ВОЗ).

Другими словами, каждая восьмая смерть в мире вызвана загрязнением воздуха, что в свою очередь вызывает множество заболеваний, поражающих сердечно-сосудистую, дыхательную и нервную системы и вызывающих рак. Поэтому вопрос очистки воздуха включает в себя не только защиту от пыли, но и от патогенных бактерий.

На рынке существует много вентиляционных систем по очищению в атмосере, но, к сожалению, большинство из них не способно защитить воздух от бактерий. Цель нашего проекта – создать вентиляцию с системой фильтрации воздуха из экологических материалов во избежание вредных биологических элементов, а именно бактерий и вирусов.

Задача, которую должен решить данный проект, заключается в необходимости задержки вредных элементов с помощью углеродных материалов, являющихся главным компонентом в системе вентиляционной фильтрации. Основные компоненты состоят преимущественно из тканей: углеродной, льняной, базальтовой и «коноплеона» (рис.2).

Рис. 2. Картриджи вентиляционной системы Air Guard.

При исследовании углеродной ткани и обнаружении её полезных свойств было предложено производить многоразовые защитные маски. Существуют маски и респираторы китайского производства фирм Nefoume, Axon, Doctor mask и Лататана, в состав которых входят активированные углеродные волокна (АВВ); защитные маски отечественного производства (пат. 70129 Украина. Защитная маска опубл.15.09.2004; пат. 60425 Украина. Лицевая маска для защиты органов дыхания. Опубл. 25.06.2011).

Углеродная ткань обладает низкой поверхностной плотностью, высокоразвитой пористой поверхностью, наноизмерительной структурой, химической, термической и радиационной стойкостью, атмосферостойкостью, биостойкостью и биоинертностью, а по составу не содержит химикатов: углерод — 96,32—97; зола - 0,162-1,576%; гидроген - 0,6%; оксиген - 0,8% и SiO2 - 0,7% [3-4]. Тем не менее, убедившись на ситуации с коронавирусом в том, что трудно призывать людей носить маски, мы решили интегрировать обеспечение очищенного воздуха более удобным для людей глобальным способом.

Система очистки воздуха Air Guard предусматривает интегрирование сменных картриджей в многослойные фильтрационные системы, где каждый слой будет выполнять свою функцию. Один из слоёв фильтра – конопляный синтепон, так называемый «коноплепон». Это обусловлено тем, что конопля является одним из самых прочных растительных волокон, способных выдерживать нагрузку и износ. Растение обладает антистатическими свойствами, которыми уменьшают привлекательность для пыли и других загрязнений. 

Главным составляющим компонентом фильтрационной системе является углеродистая ткань. Она обладает высокой пористостью и большой поверхностью, что позволяет поглощать большое количество загрязняющих веществ. В воздухе, проходящем через данный слой фильтра, активированная углеродная ткань адсорбирует молекулы загрязняющих веществ (таких как запахи, химические пары, летучие органические соединения и другие загрязнители). Метод, позволяющий удалять из воздуха вредные для организма биологические частицы, основан на принципе «затягивания биологических микрочастиц в полости». Это возможно, поскольку углеродная ткань, при активации, обладает высокой абсорбционной способностью. Активированные углеродные структуры могут не только адсорбироваться, но и химически реагировать с определенными загрязнителями, нейтрализуя их. Например, некоторые виды активированного угля могут быть обработаны для улучшения способностей  удаления специфических токсинов или газов [5]. 

Мы предлагаем два варианта защиты ткани путем покрытия специальными материалами в зависимости от необходимости: тефлон и хитозан. Хитозан является биологически чистым материалом и может использоваться для тканей в качестве медицинской повязки. Тефлон, в свою очередь, может использоваться для покрытия ткани для применений без прямого контакта с человеком. Идеально подходит в качестве покрытия для углеродной ткани для системы фильтрации.

Грубую фильтрацию можно выполнять с помощью ткани из базальтового композита. Базальт – это натуральный материал с высокой теплостойкостью и прочностью. Волокна экологически чисты, пригодны для вторичной переработки и не повредят ни одной экосистеме. Преимущества этой составляющей заключаются в том, что она может использоваться не только для улучшения качества воздуха, улавливая более крупные частицы, но так же имеет звукоизоляционный аспект. Базальт поглощает звуковые волны и способствует лучшей циркуляции воздуха. Если говорить об оснащении в бомбоубежищах, эта функция будет особенно полезна, не давая звукам военных действий проникнуть в помещение, сохраняя спокойствие людей. 

Льняные волокна обладают высокой воздухопроницаемостью, что позволяет воздуху свободно циркулировать, а это помогает предотвратить образование конденсата и плесени. Кроме того, волокна обладают природными антимикробными свойствами, что может снижать риск развития бактерий и грибков в системе вентиляции. Материал способен впитывать влагу и быстро ее испарять, а также помогает в регулировке температуры. Это способствует поддержанию оптимального уровня влажности в помещении и созданию комфортного микроклимата.

Чтобы не ограничиваться одними лишь помещениями, предлагаем затронуть всегда актуальную тему и решить проблему проветривания в транспортных средствах. Для экономии топлива авиакомпании часто используют частично вентиляционную и кондициональную систему, что может приводить к недостатку обновления воздуха в салоне. Так же и в автобусах. Воздух в салоне состоит из смеси свежего собирающегося снаружи воздуха и воздуха рециркулируемого в салоне, из-за чего без достаточной очистки здоровые пассажиры могут надышаться вирусами больных.

Предлагаемые картриджи вентиляционной системы можно уменьшить до соответствующих размеров и разместить возле каждого пассажира. Регулярная чистка фильтров не будет составлять особого труда, но обезопасит людей от вирусов, а также снизит риск загрязнения.

Вывод. Данные элементы безопасны в использовании, гигиеничны и устойчивы к внешним факторам. Предлагаемые продукты справляются с очисткой как от крупных механических частиц, так и до адсорбции химических мелких веществ. 

Литература

1. Природоохранные технологии. Часть 1. Защита атмосферы: учебное пособие/Северин Л. И., Петрук В. Г., Безвозюк И. И., Васильковский И. В. – Винница: ВНТУ, 2012. – 8 с. 

2. Журнал Guardian, статья «China tops who list for deadly outdoor air pollution», 2012.

https://www.theguardian.com/environment/2016/sep/27/more-than-million-died-due-air-pollution-china-one-year?CMP=twt_a-environment_b-gdneco

3.   Кононко  И.В.,  Сергеев  В.П.,    Щербицкая  О.В.,  Клипов  В.Д.,  Кононко  Н.В.  Углеродные наноструктурные материалы: токсичность и биосовместимость. "Вестник" УМТ. 2015. No 1. С. 58—67.  

4.  Кононко И.В., Щербицкая О.В., Клипов В.Д., Сергеев В.П., Уварова И.В. Углеродный наноструктурный волокнистый материал и экология. Применение для защиты окружающей среды. Окружающая среда и здоровье.  2014.  No 4. С. 24—29.

5.  R. Ganjoo, S. Sharma, A. Kumar, and M. M. A. Daouda, in Activated CarbonProgress and Applications, ed. C. Verma and M. A. Quraishi, The Royal Society of Chemistry, 2023, ch. 1, pp. 1-22.