Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений

Заявляемая полезная модель относится к устройству очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, направлена на повышение экологической безопасности комплексной очистки воздушной среды внутри обитаемых человеком зданий, сооружений и эксплуатируемых технических средств и может быть использована в народном хозяйстве, промышленности, здравоохранении и других областях деятельности человека.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении эффективности комплексной очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, расширения спектра очищаемых токсических примесей, снижение затрат на его производство и эксплуатацию за счет применения на фильтрующем материале нового типа наноструктурного каталитического соединения на основе наноструктурных частиц серебра.

Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений (варианты) содержит: корпус; вентилятор; пылеулавливающую ткань и фильтрующий материал с нанесенным на его поверхность новым наноструктурным каталитическим соединением из наночастиц серебра с размерами 2-100 нм. При этом фильтрующий материал выполнен, во-первых, из природных или искусственных сыпучих, или тканых, или нетканых, или вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью с размерами пор 0,05-4,5 мм; во-вторых природных, или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел.

На пористую основу наночастицы серебра нанесены по всему объему фильтрующего материала с концентрацией до 1,5 мг/кг основы, составляющей не более 0,15% от массы пористой основы.

На сплошную основу фильтрующего материала наночастицы серебра нанесены на поверхность основы с одной стороны или на поверхности с двух противоположных сторон с концентрацией до 10,0 мг/кг основы, состаляющей не более 0,001% от массы сплошной основы.

6 з.п. 1 табл. 4 фиг.

Таблица 1.
Фиг.	Тестовое вещество	Воздухообмен (куб.м./час.)	Начальное значение концентрации тестового вещества (мГ, %/об.)	Конечное значение концентрации тестового вещества (мГ, %/об.)	Скорость деструкции (конвертации в O2) (мГ/час., % об./час.)	Время испытания (час.)
Прототип	1. Пары ацетона	140 куб. м./час.	100 мГ	77,1 мГ	14,3 мГ/час.	1,6 час.
2. Углекислый газ	140 куб. м./час.	0,27% об.	0,27% об.	0 мГ/час. 0% об./час.	1,8 час.
3. Углекислый газ	140 куб. м./час.	40,3% об.	40,3% об.	0 м Г/час. 0% об./час.	2,3 час.
Кислород	12,3% об.	12,3% об.	(0 мГ/час. 0% об./час.)
Фиг.1	1. Пары ацетона	120 куб.м./час.	100 мГ	76,8 мГ	11,6 мГ/час.	2 час.
2. Углекислый газ	120 куб.м./час.	0,27%	0,24%	75,1 мГ/час. 0,018%об./час.	1,7 час.
Фиг.2	1. Пары ацетона	140 куб.м./час.	100 мГ	59,9 мГ	18,5 мГ/час.	2,17 час.
2. Углекислый газ	140 куб.м./час.	0,175%	0,089%	140 мГ/час. 0,04% об./час.	2,13 час.
3. Углекислый газ	140 куб.м./час.	40,3%	38,4%	1,9% об./час.7,6 Г/час.	2,47 час.
Кислород	12,3%	17%	(1,9%об./час.5,5 Г/час.)
Фиг.3	1. Пары ацетона	60 куб.м./час.	100 мГ	79,6 мГ	10,6 мГ/час.	1,92 час.
2. Углекислый газ	60 куб.м./час.	0.46%	0,34%	215,8 мГ/час. 0.052% об./час	2,3 час.
Фиг.4	1. Пары ацетона	160 куб.м./час.	100 мГ	90,1 мГ	5,8 мГ/час.	1,7 час.
2. Углекислый газ	160 куб.м./час.	0,48% об.	0,4% об.	112,2 мГ/час. 0,029% об./час.	2,8 час.
	3. Углекислый газ	160 куб.м./час.	47,1% об.	46,7% об.	0,2% об./час. 0,83 Г/час.	2 час.
Кислород	10,9% об.	11,3% об.	(0,2% об./час. 0,56 Г/час)

Заявляемая полезная модель относится к устройству очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, направлена на повышение экологической безопасности комплексной очистки воздушной среды внутри обитаемых человеком зданий, сооружений и эксплуатируемых технических средств и может быть использована в народном хозяйстве, промышленности, здравоохранении и других областях деятельности человека.

В настоящее время для очистки воздуха внутри помещений от взвешенных частиц, некоторых газов и запахов широко используются воздухоочистители, условно разделенные по способам фильтрации воздуха на несколько основных категорий [Ю.Д.Сибикин. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. М., Академия, 2004, с.212-213; В.М.Свистунов, Н.К.Пушняков. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства. Санкт-Петербург. Изд. Политика, 2007, с.274-279; В.П.Хохряков. Вентиляция, отопление и обеспыливание воздуха в кабинах автомобилей. М., «Машиностроение», 1987, с.55-61]:

адсорбционные фильтры;

пылевые фильтры;

ионизирующие очистители или электрофильтры;

фотокаталитические фильтры.

Адсорбционные (угольные) фильтры улавливают практически все токсические примеси воздуха с молекулярной массой более 40 атомных единиц. Однако уголь практически не адсорбирует легкие соединения, к числу которых относятся такие типичные загрязнители воздуха как окись углерода, окислы азота, формальдегид и др. Таким образом, воздухоочистители, использующие угольные фильтры, оказываются неэффективными для очистки воздуха помещений от его основных экозагрязнителей. Кроме того, существенным недостатком любых адсорбционных фильтров является их ограниченная емкость, в результате чего, например, при несвоевременной замене адсорбента, они становятся источником токсических органических веществ и болезнетворных бактерий, загрязняющих окружающую атмосферу.

Пылевые фильтры представляют собой специальную ткань из различных волокон, способных задерживать частицы пыли размером от 0,3 мкм и выше. Способ их работы достаточно прост: воздух прогоняется вентилятором через ткань и тем самым освобождается от частиц пыли. Недостатками применения таких фильтров являются: неполная очистка воздуха, так как производится очистка пыли только средней дисрперсности; летучие органические экозагрязнители остаются в воздухе; высокие эксплуатационные расходы.

Ионизирующие очистители или электрофильтры хорошо очищают воздух от пыли и копоти, абсолютно не освобождая от таких токсических загрязнителей как окись углерода, окислы азота, формальдегд и др. вредных органических соединений, присутствующих в воздухе бытовых, служебных и производственных помещений. Кроме того, в процессе работы ионизационные очистители сами генерируют окислы азота и крайне опасный для здоровья газ озон, который в 5 раз токсичнее, чем угарный газ. Причиной образования озона является использование в ионизационной камере воздухоочистительного прибора напряжения в несколько тысяч вольт.

Известен так же фильтровальный материал для очистки жидких и газообразных веществ, выполненный в виде пористой основы с селективным слоем на основе оксидов переходных металлов и снабженным дополнительным дискретным слоем, выполненным из радиационно-генерированных наноструктурных частиц серебра, расположенных на пористой поверхности фильтровального материала с образованием ультрафильтрационного материала с бактерицидными свойствами (Свидетельство на полезную модель РФ 13949, кл. В01D 69/10, опубл. 20.06.2000 г.).

Однако известный фильтровальный материал, обладая бактерицидными свойствами, может применяться для очистки жидких и газообразных веществ только от микробиологических загрязнителей при очень малой скорости фильтрации веществ через ультра-фильтрационный материал и не предназначен для очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений.

Наиболее близким (прототипом) для заявляемого технического решения является фотокаталитическое устройство очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений путем его подачи через фотокаталитический фильтрующий материал в присутствии полупроводникового соединения и ультрафиолетового излучения [Е.Н.Савинов. Фотокаталитические методы очистки воды и воздуха // Соровский образовательный журнал, том 6, 11, 2000, с.52-56].

Принцип действия устройства основан на том, что на поверхности катализатора под действием ультрафиолетового излучения происходит глубокое окисление всех токсических примесей и микробиологических загрязнений до безвредных компонентов чистого воздуха. Реакции протекают при комнатной температуре, причем фотокаталитическое окисление не делает разницы между токсинами, вирусами или бактериями - результат один и тот же.

В качестве полупроводникового соединения (фотокатализатора), нанесенного на поверхность воздухопроницаемой пористой основы (пластины) в известных воздухоочистителях применяются как правило фотокатализаторы гетерополикислоты 12-го ряда типа H₃ [PW₁₂O₄₀] или мелкодисперсная двуокись титана ТiO₂.

На практике, любой фотокаталитический очиститель воздуха включает в себя: корпус, напорный вентилятор, пылеулавливающую ткань, ультрафиолетовые лампы и фильтрующий материал с нанесенным фотокаталитическим соединением, который облучается ультрафиолетовым светом и через который продувается воздух.

Эффективность фотокатализатора определяется квантовым выходом реакции и спектром действия фотокатализатора. К настоящему времени, уже показано, что на поверхности TiO ₂ могут быть окислены (минерализованы) до углекислого газа и воды любые органические соединения [Photokatalystic Purification and Treatment of Water and Air / Ed. By D.F. Ollis, H.Al-Ekabi Elsevier, 1993].

Основными недостатками применяемого фотокаталитического устройства для очистки воздуха являются:

- высокие эксплуатационные расходы и стоимость самого оборудования, требующего замены ультрафиолетовых ламп и фильтрующего материала с фотокаталитическим соединением;

- образование опасных промежуточных продуктов окисления (диоксины, закиси, перикиси) при очистке воздуха от токсических примесей, так как в основе фотокаталитической очистки воздуха лежат окислительные процессы;

- выделение значительного количества углекислого газа (СO₂) при очистке воздуха с большими концентрациями загрязнителей;

- фотокаталитическая очистительная система с очень низкой эффективностью очищает воздух от таких опасных примесей как угарный газ (СО), двуокись азота (NO₂), углеродные соединения циклической структуры (например циклогексан, бензол, толуол и др.) и совершенно не очищает воздух от углекислого газа (СO₂).

Поэтому, проблема снижения эксплуатационных расходов на оборудование, расширение функциональных возможностей фильтра очистки воздуха при упрощении его конструктивных параметров является весьма актуальной.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка и создание фильтра очистки воздуха, осуществляемой за счет возбуждения химических реакций превращения органических и неорганических примесей воздуха до простых молекул (например С, H₂, O₂ и др.), одновременно вызывающих гибель микроорганизмов на фильтрующем материале с воздухопроницаемой пористой основой или с воздухонепроницаемой сплошной основой с наноструктурным каталитическим соединением на основе наноструктурных частиц серебра, за счет возникновения в зоне фильтрующего материала электромагнитного поля без действия света или другого электромагнитного излучения.

Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении эффективности комплексной очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, расширении спектра очищаемых токсических примесей, снижении затрат на его производство и эксплуатацию за счет применения на фильтрующем материале нового типа наноструктурного каталитического соединения на основе наноструктурных частиц серебра.

Указанная выше задача решается тем, что в известном фильтре очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, включающем корпус, вентилятор, пылеулавливающую ткань и фильтрующий материал с нанесенным на его поверхность нанокаталитическим соединением, фильтрующий материал выполнен из природных или искусственных сыпучих, или тканых, или нетканых, или вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью, или природных, или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел, на который нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра, с размерами металлических частиц 2-100 нм, причем на фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой с размерами пор 0,05-4,5 мм наноструктурные частицы серебра нанесены по всему объему пористой основы, составляющие не более 0,15% от массы пористой основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 1,5 мг/кг основы, а на фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой, наноструктурные частицы серебра нанесены на поверхность сплошной основы с одной стороны, или на поверхности с двух противоположных сторон, составляющие не более 0,001% от массы сплошной основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 10,0 мг/кг основы, и тем, что фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой выполнен в виде или вогнутой, или выпуклой, или плоской пластины, или в виде цилиндра, установленного в корпусе фильтра, или на входе, или на выходе, или с двух сторон которого установлены напорные, или всасывающие вентиляторы, и тем, что фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой с двухсторонним нанесением наноструктурных частиц серебра выполнен в виде коллектора, установленного в корпусе фильтра или на входе которого встроена пылеулавливающая ткань, а на выходе встроен всасывающий вентилятор, и тем, что фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой с односторонним нанесением наноструктурных частиц серебра жестко закреплен на горизонтальные или вертикальные, или наклонные, или вогнутые, или выпуклые внутренние ограждающие поверхности замкнутых сооружений с установленной внутри их безнапорной вентиляционной системой, обеспечивающей внутреннюю турбулентность и перемешивание воздуха в замкнутом пространстве, и тем, что в качестве природных или искусственных сыпучих, тканых, нетканых и вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью применены, например, глина, пемза, гейзерит, корундомуллит, активированный уголь, синтетическое волокно, полимерные и углеродные волокна, текстильные фильтрующие материалы из тканых и нетканых материалов, например, полипропиленовые, полиэфирные, полиакрилонитрильные, и тем, что в качестве природных или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел применены диэлектрические, например картонные, пластиковые, стеклопластиковые, керамические, деревянные, каменные оштукатуренные или окрашенные панели и поверхности ограждающих конструкций, металлические панели с селективным диэлектрическим слоем.

Варианты принципиальных схем фильтра очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений показаны на фиг.1, 2, 3, 4.

На фиг.1 показан вариант фильтра очистки воздуха с вентилятором, всасывающим во внутрь корпуса фильтра загрязненный воздух, где: 1 - корпус; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - пылеулавливающая ткань; 4 - фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой на который нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра с размерами частиц 2-100 нм. Причем на фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой с размерами пор 0,05-4,5 мм наноструктурные частицы серебра нанесены по всему объему пористой основы, составляющие не более 0,15% от ее массы, с концентрацией не более 1,5 мг/кг пористой основы.

На фиг.2 показан вариант фильтра очистки воздуха с вентилятором, нагнетающим во внутрь корпуса фильтра загрязненный воздух, где: 1 - корпус; 2 - напорный вентилятор; 3 - пылеулавливающая ткань; 4 - фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой на который нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра с размерами частиц 2-100 нм. Характеристики фильтрующего материала и наноструктурных частиц серебра аналогичны характеристикам, приведенным в описании фиг.1.

На фиг.3 показан вариант фильтра очистки воздуха в виде коллектора с всасывающим вентилятором, где: 1 - корпус; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - пылеулавливающая ткань; 4 - фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой, на поверхности которой с двух противоположных сторон нанесено наноструктурное каталитическое соединение на основе наноструктурных частиц серебра с размерами частиц 2-100 нм, составляющих не более 0,001% от массы сплошной основы. Причем концентрация наноструктурных частиц серебра составляет не более 10,0 мг/кг сплошной основы.

На фиг.4 показан вариант фильтра очистки воздуха с безнапорным вентилятором, создающим внутри замкнутого пространства сооружения турбулентную неоднородность (перемешивание) загрязненного воздуха, где: 1 - ограждающая конструкция (стены, потолок) замкнутого пространства сооружения; 2 - безнапорный вентилятор; 3 - фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой, на поверхность которой с одной стороны нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра с размерами частиц 2-100 нм, составляющих не более 0,001 % от массы сплошной основы. Концентрация наноструктурных частиц серебра аналогична концентрации частиц серебра приведенной в описании фиг.3.

В вышеприведенных вариантах фильтра очистки воздуха (см. фиг.1, 2) в качестве фильтрующего материала с воздухопроницаемой пористой основой могут быть применены природные или искусственные сыпучие, тканые, нетканые и вспученные воздухопроницаемые пористые твердые тела с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью, например глина, пемза, гейзерит, корун-домуллит, активированный уголь, синтетическое волокно, полимерные и углеродные волокна, текстильные фильтрующие материалы из тканых и нетканых материалов, например, полипропиленовые, полиэфирные, полиакрилонитрильные.

В качестве фильтрующего материала с воздухонепроницаемой сплошной основой (см. фиг.3, 4) могут быть применены природные или искусственные диэлектрические материалы к числу которых можно отнести, например картонные, пластиковые, стекло-пластиковые, керамические, деревянные, каменные оштукатуренные или окрашенные панели и поверхности ограждающих конструкций, металлические панели с селективным диэлектрическим слоем.

В отличие от известного устройства, выбранного в качестве прототипа, у которого фильтрующий материал выполнен с нанесенным на его поверхность TiO₂ в заявляемом фильтре очистки воздуха фильтрующий материал выполнен из природных или искусственных сыпучих, или тканых, или нетканых, или вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью, или природных, или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел, на который нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра, с размерами металлических частиц 2-100 нм. Причем на фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой с размерами пор 0,05-4,5 мм наноструктурные частицы серебра нанесены по всему объему пористой основы, составляющие не более 0,15% от массы пористой основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 1,5 мг/кг основы, а на фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой, наноструктурные частицы серебра нанесены на поверхность сплошной основы с одной стороны, или на поверхности с двух противоположных сторон, составляющие не более 0,001% от массы сплошной основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 10,0 мг/кг.

В настоящее время наноструктурные металлические частицы получают физическим и химическим методами, в том числе: фотохимическим, радиационно-химическим, электрохимическим, биохимическим методами [А.В.Топорко и др. Журнал физической химии, 1996 г., т.70, 10, с.1794; Пилени М. и др. Наноразмерные частицы в коллоидных системах. Лангмюр, 1997, т.13, с.3266; А.В.Бутенко и др. Цайт. Физ. Д. Атомы, молекулы и кластеры, 1990, т.17, с.283; А.Г.Докучаев и др. Химия высоких энергий, 1997, т.31, 5, с.353; Структура и реактивность в обратных мицеллах, под редакцией Пилени, Токио, 1989, с.198; Способ получения наноструктурных металлических частиц. Патент РФ 2147487 кл. В22F 9/24, опубл. 20.04.2000 г.].

Для заявляемого фильтра очистки воздуха наиболее предпочтительно использование в качестве наноструктурного каталитического соединения наноструктурных металлических частиц, получаемых методом биохимического синтеза (патент РФ 2147487, кл. В22F 9/24, опубл. 20.04.2000 г.).

Для получения металлических наночастиц вышеуказанным методом используют соли различных металлов: Ад, Сu, Fe, Ni, Cd, - образующих комплексы с биологически активными веществами, например с флаваноидами. Модифицирование поверхности фильтрующего материала наноструктурными частицами серебра осуществляют известными способами [патент РФ 2135262, кл. В01D 39/08, опубл. 1999 г.; свидетельство на полезную модель РФ 13949, кл. В01D 69/10, опубл. 2002 г.; патент РФ 2202400, кл. В01D 39/00, опубл. 2003 г.].

На практике очистка воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений с применением заявляемых вариантов фильтра очистки воздуха (см. фиг.1, 2) реализуется следующим образом.

При включении в устройстве размещенного в корпусе 1 всасывающего вентилятора 2 (см. фиг.1) или напорного вентилятора 2 (см. фиг.2) воздух с токсическими примесями и микробиологическими загрязнениями с заданной скоростью из помещения поступает в герметическую камеру устройства с последующей фильтрацией продуваемого загрязненного воздуха через пылеулавливающую ткань 3 и фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой 4, с нанесенными на их поверхности наноструктурными частицами серебра.

С применением заявляемого варианта фильтра очистки воздуха с всасывающим вентилятором 2 (см. фиг.3) очистка воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений происходит за счет смывания загрязненным воздухом воздухонепроницаемых сплошных пластин коллектора 4 с двухсторонним нанесением на их поверхность наноструктурных частиц серебра.

С применением заявляемого варианта фильтра очистки воздуха с безнапорным вентилятором 2 (см. фиг.4) очистка воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений происходит за счет турбулентного смывания загрязненного воздуха расположенных по периметру сооружения воздухонепроницаемых сплошных пластин 3 с односторонним нанесением на их поверхность нано-структурных частиц серебра.

В отличие от известных устройств очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, при применении заявляемых вариантов фильтра очистка воздуха осуществляется за счет возбуждения химических реакций превращения органических и неорганических примесей воздуха до простых молекул (например С, Н₂, О₂ и др.), одновременно вызывающих гибель микроорганизмов на фильтрующем материале с воздухопроницаемой пористой основой или с воздухонепроницаемой сплошной основой с наноструктурным каталитическим соединением на основе наноструктурных частиц серебра, за счет возникновения в зоне фильтрующего материала электромагнитного поля.

При этом наноструктурные частицы Аg, в отличие от применяемого в фотокатализаторе TiO₂, участвуют в химических превращениях участников реакции (органических и неорганических молекул) без воздействия кванта света, многократно вступая с ними в промежуточные взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий.

Таким образом, в данном случае наноструктурные частицы серебра, обладая каталитическими свойствами, возбуждают химическую реакцию или, как говорят, расширяют спектр действия системы, то есть области применения наночастиц металлов, в присутствии которых идет реакция деструкции органических или неорганических загрязнителей воздуха до простых молекул.

Одновременно, обладая биоцидной активностью (бактериицидными свойствами), адсорбированные на поверхность пористого носителя наночастицы обладают обеззараживающим действием от широкого спектра микроорганизмов [см. патент РФ 2202400, 7 В01D 39/00, опубл. 2003 г.].

Поэтому, помимо деструкции органических и неорганических загрязнителей воздуха до простых молекул на поверхности фильтрующего материала с пористой или сплошной основой, модифицированной наноструктурными частицами серебра, одновременно гибнут так же вредные микроорганизмы.

При этом следует отметить, что химическое превращение участников реакции органических и неорганических загрязнителей воздуха до простых молекул на наноструктурном каталитическом соединении из наночастиц серебра при продувании загрязненного воздуха через фильтрующий материал или при соприкосновении с ним происходит многократно без накопления на его поверхности вредных составляющих.

Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений (варианты) работает от сети промышленного тока (220 в, 50 Гц), необходимого только для обеспечения работы вентилятора. Потребляемая электрическая мощность устройства зависит от типа применяемого вентилятора.

Зона активной очистки воздуха в закрытых помещениях зависит от воздухообмена, создаваемого вентилятором.

Эффективность заявляемых вариантов фильтра очистки воздуха проверяли в лабораторных условиях экспериментально.

Для детального изучения действия заявляемых вариантов фильтра очистки воздуха от органических примесей и микробиологических загрязнений были изготовлены действующие экспериментальные образцы устройств с изменением воздухообмена от 60 куб.м/час до 160 куб.м/час.

Для изготовления фильтра очистки воздуха в соответствии с представленным вариантом на фиг.1 фильтрующий материал 4 с воздухопроницаемой пористой основой, на которую нанесены наночастицы серебра, выполнен в виде цилиндра из волокнистого полипропилена марки ФМ-2Х, класс фильтрации G2.

Внешний диаметр цилиндра 84 мм., толщина 5 мм., длина цилиндра 310 мм.

Геометрическая площадь фильтрующего материала составляет 0,0817 кв.м.

Воздухообмен через фильтрующий материал осуществляется двумя всасывающими вентиляторами, расположенными соосно в торцах фильтра. Суммарный воздухообмен через фильтрующий материал составляет ~120 куб.м./час.

Для изготовления фильтра очистки воздуха в соответствии с представленным вариантом на фиг.2 фильтрующий материал 4 с воздухопроницаемой пористой основой, на которую нанесены наночастицы серебра, выполнен в виде воздухопроницаемой пластины из нетканого химволокна марки ФМ-3Х, тип волокна полиэфир, класс фильтрации G3.

Размеры пластины 330×330 мм., толщина 15 мм. Геометрическая площадь фильтрующего материала составляет 0,109 кв.м.

Воздухообмен через фильтрующий материал осуществляется одним осевым всасывающим вентилятором, расположенным по центру фильтра. Воздухообмен через фильтрующий материал составляет ~140 куб.м./час.

Для изготовления фильтра очистки воздуха в соответствии с представленным вариантом на фиг.3 фильтрующий материал 4 с воздухопроницаемой спошной основой, на поверхность которой с двух противоположных сторон нанесены наночастицы серебра, выполнен в виде коллектора из четырех сплошных пластин, расположенных в воздуховоде квадратного сечения размером 90×90 мм. Материал пластин - стеклотекстолит. Пластины расположены параллельно друг другу и вдоль воздуховода. Размеры каждой пластины 84×200 мм. Расстояние между пластинами 18 мм.

Суммарная площадь пластин составляет 0,1312 кв.м. Воздухообмен через пластины осуществляется одним осевым всасывающим вентилятором, расположенным по центру воздуховода. Воздухообмен через коллектор составляет ~60 куб.м./час. Для изготовления фильтра очистки воздуха в соответствии с представленным вариантом на фиг.4 фильтрующий материал 4 с воздухонепроницаемой спошной основой, на поверхность которой с одной стороны нанесены наночастицы серебра, выполнен в виде набора из трех сплошных пластин, изготовленных из листового бумажного картона, расположенных вертикально по стенкам замкнутого объема (бокса). Объем бокса составляет 200 литров. Общая поверхность пластин составляет 0,62 кв.м. Воздухообмен осуществлялся путем контактирования потока воздуха с наночастицами серебра, нанесенными на поверхность пластин, при перемешивании воздуха в замкнутом объеме вентилятором с воздухообменом ~160 куб.м./час.

В качестве прототипа проверялся серийно выпускаемый фотокаталитический воздухоочиститель «Aero Barrier», модель AP270FC (Производитель Россия).

Эффективность очистки воздуха от токсических примесей с применением изготовленных вариантов экспериментальных образцов фильтров проверялась с применением тестовых загрязнителей воздуха на примерах очистки воздуха от паров ОСЧ ацетона, углекислого газа на специальном лабораторно-измерительном комплексе.

Комплекс состоит из следующих частей:

- герметичного бокса объемом 200 литров, выполненного из нержавеющей стали;

- компьютера, осуществляющего регистрацию и отображения сигналов сенсора в реальном масштабе времени.

В боксе размещен электронагреватель для испарения жидкого тестового вещества.

В боковой стенке бокса имеются штуцеры для ввода в бокс газообразных тестовых загрязнителей и подключения внешнего сенсора газов.

Вне бокса размещены блок питания и обработки сигналов газовых сенсоров и электронный блок обработки сигналов и связи с компьютером.

Для регистрации концентрации углекислого газа использовался внешний оптический инфракрасный газовый сенсор ИГС-016-00, имеющий встроенный микропроцессор для рециркуляции воздуха из бокса. Диапазон измерения относительной концентрации углекислого газа 0-1%. Точность измерения сенсора ±0,1%.

Для регистрации концентрации паров ацетона использовался газовый термокаталитический сенсор углеводородов. Предварительно термокаталитический сенсор углеводородов был откалиброван в испытательном боксе на парах ОСЧ ацетона (мВ/мГ). Точность измерения сенсора ±10%.

Для регистрации в боксе конвертируемого кислорода внутри бокса размещались стационарные газоанализаторы серии ИГС-98, имеющие внешний выход сигнала для регистрации их показаний:

- газоанализатор кислорода (СO₂) «КЛЕВЕР-СВ», диапазон измерения 0-30% об., точность измерения ±0,5% об.;

- газоанализатор монооксида углерода (СО) «МАК-СВ», диапазон измерения 0-300 мГ/м.куб., точность измерения ±1 мГ/м.куб.;

- газоанализатор диоксида азота (NO₂) «АГАТ-СВ», диапазон измерения 0-30 мГ/м.куб., точность измерения ±1 мГ/м.куб.

Регистрация и запись показаний сенсоров производилась в течение заданного времени с точностью измерения 1 с.

Все газоанализаторы сертифицированы и прошли государственную поверку.

Результаты записывались в памяти компьютера и представлялись в виде зависимости, показывающей изменение концентрации тестового загрязняющего вещества в боксе, например, углекислого газа, или паров ОСЧ ацетона.

Записывалась также скорость конвертации и накопления в боксе молекулярного кислорода O₂ при деструкции больших концентраций (до 47,1%) углекислого газа СO₂.

Таким образом, при проведении испытаний изготовленных вариантов фильтра очистки воздуха получали эффективность работы каждого варианта по деструкции тестовых загрязняющих веществ или конвертации кислорода из углекислого газа во времени. Результаты проведенных испытаний на тестовых загрязняющих веществах:

углекислом газе, парах ОСЧ ацетона, - приведены таблице 1. В результате проведенных лабораторных испытаний изготовленных вариантов экспериментальных образцов фильтра очистки воздуха установлено следующее.

При работе фильтра очистки воздуха у всех заявляемых вариантов фильтра в течение заданного времени фильтрации воздуха происходит значительное уменьшение в воздухе концентрации тестовых загрязняющих веществ углекислого газа, паров ОСЧ ацетона от первоначально созданной в боксе концентрации.

В результате проведения серии испытаний было установлено, что при работе всех четырех вариантов экспериментальных образцов фильтра очистки воздуха происходят: значительное уменьшение концентрации углеводородов по ацетону от первоначально созданной в камере концентрации (500 мГ/м.куб.) со скоростью деструкции от 5,8 мГ/час. до 18,5 мГ/час.; значительная деструкция углекислого газа со скоростью от 75.1 мГ/час. до 215.8 мГ/час., при начальных его концентрациях от 0,175% до 40,3%, что превосходит уровень очистки существующего парка воздухоочистителей фотокаталитического типа по ацетону и не имеет аналогов по деструкции углекислого газа с конвертацией его в молекулярный кислород O₂ и атомарный углерод С (см.табл.1):

Aero Barrier, модель AP270FC, производство Россия - прототип;

MIDEA, модель KJ180-T, производство Китай;

DAIKIN, модель MC704VM, производство Япония;

BORK, модель APRJH1515SI, производство Германия;

VITEK, модель VT-1775, производство Австрия;

NHW, модель 968, производство Китай.

Особо следует отметить впервые установленный в области очистки воздуха от загрязнителей феномен зависимости деструкции углекислого газа во времени при одновременной его конвертации в молекулярный кислород O₂ и атомарный углерод С без образования диоксида азота NO₂ и угарного газа СО (см. табл 1).

Экспериментально установленный эффект очистки воздушной среды от токсических примесей с их деструкцией до простых молекул (С, Н₂, O₂ и др.) открывает новые возможности в области экологического обеспечения среды обитания человека в закрытых сооружениях различного назначения.

Изучение действия заявляемых вариантов фильтра очистки воздуха от микроорганизмов в воздухе проводилось в закрытом пространстве помещения. В результате установлен факт улучшения фитосанитарной обстановки в помещении при снижении концентрации микроорганизмов в воздухе от первоначальных показателей в 2,5-3,5 раза.

Таким образом, в результате применения заявляемых вариантов фильтра очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений была решена поставленная задача и достигнут новый технический результат.

1. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений, включающий корпус, вентилятор, пылеулавливающую ткань и фильтрующий материал с нанесенным на его поверхность каталитическим соединением, отличающийся тем, что фильтрующий материал выполнен из природных или искусственных сыпучих, или тканых, или нетканых, или вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью, или природных, или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел, на который нанесено наноструктурное каталитическое соединение из наноструктурных частиц серебра с размерами металлических частиц 2-100 нм, причем на фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой с размерами пор 0,05-4,5 мм наноструктурные частицы серебра нанесены по всему объему пористой основы, составляющие не более 0,15% от массы пористой основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 1,5 мг/кг основы, а на фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой наноструктурные частицы серебра нанесены на поверхность сплошной основы с одной стороны или на поверхности с двух противоположных сторон, составляющие не более 0,001% от массы сплошной основы, имеющие концентрацию наноструктурных частиц серебра не более 10,0 мг/кг основы.

2. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий материал с воздухопроницаемой пористой основой выполнен в виде или вогнутой, или выпуклой, или плоской пластины, или в виде цилиндра, установленного в корпусе фильтра, или на входе, или на выходе, или с двух сторон которого установлены напорные, или всасывающие вентиляторы.

3. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой с двухсторонним нанесением наноструктурных частиц серебра выполнен в виде коллектора, установленного в корпусе фильтра, на входе которого встроена пылеулавливающая ткань, а на выходе встроен всасывающий вентилятор.

4. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий материал с воздухонепроницаемой сплошной основой с односторонним нанесением наноструктурных частиц серебра жестко закреплен на горизонтальные, или вертикальные, или наклонные, или вогнутые, или выпуклые внутренние ограждающие поверхности замкнутых сооружений с установленной внутри их напорной вентиляционной системой, обеспечивающей внутреннюю турбулентность и перемешивание воздуха в замкнутом пространстве.

5. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений по п.1, отличающийся тем, что в качестве природных или искусственных сыпучих, тканых, нетканых и вспученных воздухопроницаемых пористых твердых тел с высокой развитой удельной поверхностью и пористостью применены, например, глина, пемза, гейзерит, корундомуллит, активированный уголь, синтетическое волокно, полимерные и углеродные волокна, текстильные фильтрующие материалы из тканых и нетканых материалов, например полипропиленовые, полиэфирные, полиакрилонитрильные.

6. Фильтр очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений по п.1, отличающийся тем, что в качестве природных или искусственных воздухонепроницаемых сплошных твердых тел применены диэлектрические, например картонные, пластиковые, стеклопластиковые, керамические, деревянные, каменные оштукатуренные или окрашенные панели и поверхности ограждающих конструкций, металлические панели с селективным диэлектрическим слоем.