Фотокаталитический фильтр для очистки и обеззараживания воздуха

Фотокаталитический фильтр используется в современных устройствах для очистки воздуха от загрязнений органического происхождения: бактерий, вирусов, грибков, различных аллергенов, а также запахов, вызываемых летучими органическими соединениями (ЛОС).

Принцип работы этого фильтра основан на фотокатализе — ускорении химической реакции, которая обусловлена взаимодействием катализатора и ультрафиолетового излучения.

В данном случае катализатором выступает фотокатализатор — вещество, которое активируется при воздействии света и в результате стимулирует разложение загрязнителей на простые и безопасные составляющие.

Для работы фотокаталитического фильтра необходимо наличие не только света, но и кислорода. Ультрафиолетовый свет может быть как естественным, так и искусственным — от специальных ламп. В устройствах для очистки воздуха предусмотрены УФ-лампы или УФ-диоды. Кислород присутствует в воздухе и не требует дополнительной подачи.

При попадании света на поверхность фотокатализатора происходит активация его молекул и образование активных кислородных радикалов. Эти радикалы начинают взаимодействовать с загрязнениями в воздухе и провоцируют процессы распада.

В качестве катализатора в фотокаталитическом фильтре используется диоксид титана (TiO₂): вещество нанесено на пластину фильтра. Под воздействием света и при участии диоксида титана загрязнения распадаются на воду и углекислый газ, при этом в таких малых количествах, что это практически не влияет на окружающую среду: молекулы воды моментально испаряются, а объём углекислого газа невелик и сравним с выделением CO₂ комнатными растениями.

В результате фотокатализа уничтожаются частицы размером до 0,001 мкм, что делает фотокаталитический фильтр эффективным для очистки воздуха практически от всех видов загрязнений. К ним относятся мельчайшие микроорганизмы, аллергены, ЛОС.

Специалисты в целом положительно оценивают эффективность фотокатализа при очистке и обеззараживании воздуха. Доктор технических наук, профессор, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники В. Н. Троицкий, имеющий опыт работы заместителем директора по научной работе Института проблем химической физики РАН более 19 лет, отмечает одно из преимуществ фотокаталитического фильтра:

Исследования эффективности фотокаталитического фильтра проводятся с достаточной регулярностью. На результаты большое влияние оказывают следующие факторы:

Именно поэтому с определённой точностью указать процент эффективности конкретного фотокаталитического фильтра без тестов невозможно. Однако большинство исследователей сходятся во мнении, что фотокаталитический фильтр показывает продуктивность на уровне 99,9% против вирусов, в том числе вируса гриппа, на 90% — против сигаретного дыма, на 80% — против пыльцы. В некоторых случаях эффективность достигает 100%.

Удивителен и тот факт, что фотокаталитический фильтр предположительно способен справиться даже со спорами сибирской язвы. Об этом говорит профессор и директор «Исследовательского центра чистой энергии» Университета Южной Флориды Йоги Госвами. В середине 1990-х годов профессор разработал систему очистки воздуха в помещении, функционирующую на основе фотокатализа. Система предназначалась для избавления от проблемы «синдрома больного здания» и была нацелена в первую очередь на уничтожение пылевых клещей и спор плесени. Однако тесты проводились и на материале бактерий, которые являются близким родственником сибирской язвы.

Фотокаталитическая фильтрация — это инновационный метод, который становится всё более популярен в разных сферах жизни. Однако, как и в случае с любой другой технологией, принцип действия фотокаталитического фильтра может вызывать вопросы, связанные с негативными последствиями.

В открытом доступе встречаются материалы, авторы которых указывают на опасность, которую якобы представляют собой фотокаталитические фильтры. В статьях отмечают тот факт, что при их использовании могут образовываться опасные химические соединения: формальдегид, озон и другие вредные вещества. При этом ни в одной из статей не приводится статистических данных или других конкретных доказательств негативного влияния фотокаталитического фильтра на окружающую среду и здоровье человека.

Впервые в научной среде этот вопрос был поставлен американскими учёными А. Т. Ходгзоном, Д. П. Силиваном и У. Д. Фиском: «Оценка возможности применения метода фотокатализа в помещении: преобразование летучих органических соединений при низких концентрациях — ppb (частиц на миллиард частиц)». В эксперименте участвовали 3 группы смесей различных летучих органических соединений, которые подвергались фотокатализу. Учёных, действительно, ввёл в замешательство тот факт, что в ряде случаев продуктом распада ЛОС являлся формальдегид.

Отметим, что в эксперименте участвовали искусственно созданные смеси ЛОС, именно поэтому данные эксперимента не позволяют утверждать, что работа любого фотокаталитического фильтра в любых условиях сопровождается выделением формальдегида.

Кроме того, в описанном случае формальдегид является промежуточным продуктом распада ЛОС: образуясь, формальдегид незамедлительно вступает в реакцию с катализатором и разлагается на конечные продукты распада — воду и углекислый газ.

Фотокатализ — это естественный процесс, который широко распространён в природе. Фотосинтез — преобразование солнечной энергии в клетках растений — яркий пример природного фотокатализа, при котором катализатором является хлорофилл.

Специфика процесса фотокатализа находит применение также в различных сферах человеческой деятельности. В промышленности — в качестве дешёвого и экологичного способа производства свободного водорода, для изготовления самоочищающихся поверхностей: стен, крыш, пластин, стёкол, зеркал. Наибольшее распространение фотокаталитические фильтры получили в сфере производства систем очистки воды и воздуха, которые используют в промышленности и в быту: фотокаталитическими фильтрами могут быть оснащены системы вентиляции, кондиционеры, очистители воздуха.

Приборы с фотокаталитическим фильтром, которые достаточно часто используют в быту, — воздухоочистители. Основные компоненты этих устройств:

Воздухоочиститель с фотокаталитическим фильтром работает по следующей схеме.

Для эффективной очистки воздуха следует придерживаться рекомендаций производителей подобных устройств: плотно закрывать окна на время работы воздухоочистителя, чтобы пресечь попадание загрязнённого потока уличного воздуха в помещение. В противном случае производительность прибора будет стремиться к нулю, так как очищенный комнатный воздух будет постоянно смешиваться с загрязнённым.

При этом отказ от проветривания чреват негативными последствиями: повышением концентрации углекислого газа, который человек выделяет при дыхании. Высокий уровень CO₂ в помещении вызывает головную боль, снижение концентрации и другие проблемы, о которых мы говорим в статье «Влияние углекислого газа на человека».

Для создания здорового микроклимата в помещении — со свежим, чистым, обеззараженным воздухом — необходимо не только фильтровать внутренний воздух, но и проветривать и одновременно очищать воздух на входе, перед поступлением в помещение. Обычный воздухоочиститель этого сделать не может.

Необходим прибор, объединяющий в себе функции приточной вентиляции и воздухоочистителя с фотокаталитическим фильтром, — приточный воздухоочиститель AIRNANNY A7 Forever.

Прибор забирает свежий воздух с улицы, очищает его от загрязнений, пропуская через систему фильтров, и подаёт в комнату. Помимо этого, приточный воздух можно подогреть, если устройство используется в холодное время года, и увлажнить при необходимости.

Многоступенчатая система фильтрации AIRNANNY A7 Forever обеспечивает максимальную защиту от загрязнений:

AIRNANNY A7 Forever выполняет несколько функций по обеспечению здорового микроклимата в помещении: