Андрей Смирнов
Время чтения: ~20 мин.
Просмотров: 0

Рейтинг-2020: топ-16 лучших очистителей воздуха с фотокаталитическим фильтром для квартиры

Строение и функционирование фотокаталитических очистителей

Несмотря на то, что данные устройства появились на рынке недавно, они стали серьезным конкурентом фильтров других конструкций. Основной особенностью, которой обладают фотокаталитические очистители, является то, что внутри них нет загрязняющих веществ. После того, как эти вещества попадают в фильтр, они подвергаются уничтожению.

Действие этих очистителей воздуха основано на явлении фотокатализа, которое заключается в повешение скорости химических реакций при одновременном действии вещества, ускоряющее реакцию и называется катализатором, и потока света в видимой или ультрафиолетовой части спектра. В фотокаталитический фильтр в качестве катализатора используются диоксид титана.

При обычных условиях диоксид титана является веществом, которое очень слабо проявляет свои химические свойства. Он инертен до такой степени, что его используют в качестве пищевой добавки, придавая молоку, полученному из порошка, белый цвет. Однако, когда диоксид титана облучается мощным ультрафиолетовым лучом, он значительно меняет свои свойства и становится сильным окислителем. Он способен разлагать органические вещества на простые компоненты – воду и углекислый газ. Это свойство широко используется при очистке воздуха.

Большая часть загрязняющих веществ, которые находятся в воздухе, относятся к органическим соединениям. Основными органическими загрязнителями выступают:

  • Частицы волос и шерсти;
  • Шелушащиеся кусочки кожи;
  • Ворса;
  • Никотин и другие вещества, образующиеся при горении сигарет;
  • Промышленные выбросы.

Очиститель воздуха с фотокаталитическим фильтром способен бороться не только с загрязнениями и запахами, но и выступать в качестве обеззараживателя воздуха.

Фотокатализатор не менее эффективно уничтожает бактерии, грибные споры и даже вирусы, с которыми не могут справиться обычные методы очистки.

В данных очистителях используется фильтрующий элемент, однако его строение значительно отличается от стандартных фильтров. Основным материалом выступает пористое стекло, которое крайне эффективно впитывает примеси, находящиеся в воздухе. Поверхность стекла покрыта слоем диоксида титана, толщина которого близка к размерам молекулы. Благодаря такой минимальной толщине этот слой не является преградой для света и не ухудшает адсорбирующие свойства стекла.

Фильтр облучается мощным ультрафиолетовым лучом. Органические частицы, которые были задержаны пористым стеклом, испытывают воздействие сильного окислителя и разлагаются на простые компоненты. Вода, получаемая в результате этого процесса, быстро испаряется. Такое строение позволяет фильтру оставаться чистым.

Фотокаталитические фильтры имеют и другое достоинство перед традиционными приборами – низкое потребление электроэнергии. В обычных устройствах значительная часть энергии тратится на то, чтобы пропустить воздух через плотный фильтр, здесь же этого не требуется. Также данные фильтры издают минимум шума при работе.

С другой стороны, фотокаталитические фильтры абсолютно бесполезны против неорганических загрязнителей. При длительном ремонте традиционный фильтр будет намного более эффективен, чем фотокаталитический.

История

Ранние упоминания о фотокатализе (1911-1938)

Самое раннее упоминание о фотокатализе относится к 1911 году, когда немецкий химик доктор Александр Эйбнер интегрировал эту концепцию в свои исследования освещения оксида цинка (ZnO) при отбеливании темно-синего пигмента берлинской лазурной. Примерно в это же время Брунер и Козак опубликовали статью, в которой обсуждали разрушение щавелевой кислоты в присутствии солей уранила при освещении, а в 1913 году Ландау опубликовал статью, объясняющую явление фотокатализа. Их вклад привел к развитию актинометрических измерений , измерений, которые обеспечивают основу для определения потока фотонов в фотохимических реакциях. После непродолжительного отсутствия исследований по фотокатализу в 1921 г. Baly et al. использовали гидроксиды железа и коллоидные соли урана в качестве катализаторов для создания формальдегида под действием света в видимой области спектра . Однако только в 1938 году Дудив и Китченер обнаружили, что TiO 2 , высокостабильный и нетоксичный оксид, в присутствии кислорода может действовать как фотосенсибилизатор для отбеливающих красителей, поскольку ультрафиолетовый свет поглощается TiO 2. привело к образованию активных форм кислорода на его поверхности, что привело к образованию пятен органических химикатов в результате фотоокисления. Фактически это станет первым наблюдением фундаментальных характеристик гетерогенного фотокатализа.

Достижения в исследованиях фотокатализа (1964–1981, по настоящее время)

Исследования в области фотокатализа прекратились более чем на 25 лет из-за отсутствия интереса и практического применения. Однако в 1964 г. В. Н. Филимонов исследовал фотоокисление изопропанола из ZnO и TiO 2 ; примерно в то же время Като и Машио, Доерффлер и Хауффе, Икекава и др. (1965) исследовали окисление / фотоокисление углекислого газа и органических растворителей с помощью излучения ZnO. Несколькими годами позже, в 1970 году, Formenti et al. и Танака и Блайхолд наблюдали окисление различных алкенов и фотокаталитический распад закиси азота (N 2 O) соответственно.

Однако прорыв в исследованиях фотокатализа произошел в 1972 году, когда Акира Фудзишима и Кеничи Хонда обнаружили электрохимический фотолиз воды, происходящий между соединенными TiO 2 и платиновыми электродами, при котором ультрафиолетовый свет поглощался первым электродом, а электроны текли из TiO 2. электрод (анод; место реакции окисления) к платиновому электроду (катод; место реакции восстановления); с образованием водорода на катоде. Это был один из первых случаев, когда производство водорода могло происходить из чистого и рентабельного источника, поскольку большая часть производства водорода тогда приходилась — и до сих пор происходит — за счет риформинга и газификации природного газа . Открытия Фудзисимы и Хонды привели к другим достижениям в области фотокатализа; В 1977 году Нозик обнаружил, что включение в процесс электрохимического фотолиза благородных металлов, таких как платина и золото , среди прочих, может увеличить фотоактивность, и что внешний потенциал не требуется. В будущих исследованиях, проведенных Вагнером и Соморджай (1980) и Сакатой и Каваи (1981), было выявлено образование водорода на поверхности титаната стронция (SrTiO 3 ) посредством фотогенерации, а также образование водорода и метана при освещении TiO 2 и PtO. 2 в этаноле соответственно.

Исследования и разработки в области фотокатализа, особенно в области электрохимического фотолиза воды, продолжаются и сегодня, но до сих пор ничего не было разработано для коммерческих целей. В 2017 году Чу и др. оценили будущее электрохимического фотолиза воды, обсудив его главную задачу — разработку экономичной, энергоэффективной фотоэлектрохимической (PEC) тандемной ячейки, которая будет «имитировать естественный фотосинтез».

Примеры

  • Процесс природного фотосинтеза H2O+CO2+hν=(CH2O)+O2{\displaystyle H_{2}O+CO_{2}+h\nu =(CH_{2}O)+O_{2}}. Хлорофилл выступает в роли фотокатализатора.
  • Российская технология применения фотокатализа — очистка и обеззараживание воздуха, впервые была применена по заказу Министерства обороны для обезвреживания воздуха камер, в которых деактивируются боевые отравляющие вещества.
  • Очистка и обеззараживание воздуха методом фотокатализа. Фотокатализатор из диоксида титана нанесен на поверхность воздухопропускающего носителя катализатора посредством нанонапыления (обычно используется химическое волокно), либо термической обработки, ставшей доступной при использовании в качестве носителя катализатора пористое стекло. Под действием фотокатализа органические соединения, летучие химические вещества, запахи, вирусы и бактерии, формальдегид, ацетальдегид и другие могут разлагаться до безопасных молекул воды (H2O) и углекислого газа (CO2).
  • Исследования воздействия фотокатализа на организм человека. Решение проблем традиционных бактерицидных «кварцевых» ламп путем замены на необслуживаемые фотокаталитические. Ртутные ультрафиолетовые облучатели могут использоваться только при условии отсутствия людей в помещениях — жесткое УФ-излучение (диапазонов B и C, губительных для бактерий) является опасным для организма человека, кроме того при работе таких ламп происходит неконтролируемое выделение озона, а сам фотокатализ при таком диапазоне ультрафиолета может вызывать появление генотоксических хинонов при разложении бисфенола А, в больших количествах содержащегося в пластиковой посуде. Кроме того, в помещении при работе УФ-B и УФ-C не могут находится люди. Однако, при изменении диапазона излучения на УФ-А, данное вещество (бюсфенол А) не изменяет своей физической структуры, оставаясь твердым телом. Промышленное производство приборов очистки воздуха для безопасной эксплуатации в присутствии людей с использованием безопасного УФ-диапазона А в России началось в 2000 году.
  • Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии. Гетерогенные, гомогенные и молекулярные структурно-организованные системы : сборник научных трудов .
  • Расщепление воды на кислород и водород. Интерес к дешевым способам получения свободного водорода растет с ростом экономики и заботой об экологии — новые экологически-чистые виды транспорта в числе прочих, имеют и водородный двигатель.. Эффективный фотокатализатор в ультрафиолетовом диапазоне на основе оксида тантала — NaTaO3 с сокатализатором из оксида никеля. Поверхность кристаллов оксида тантала покрыта бороздами с шагом 3—15 нм методами нанотехнологии. Частицы NiO, на которых выделяется газообразный водород, размещены на краях борозд, газообразный кислород выделяется из борозд.
  • Японская технология применения фотокатализа — самоочищающиеся стены, крыши, зеркала.
  • Titanium dioxide photocatalisys. Akira Fujishima, Tata N. Rao, Donald Tryk. Department of Applied Chemistry, School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan. Accepted 10 March 2000. // Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 1 (2000) 1–21.
  • Окисление органических загрязнителей с использованием магнитных частиц, покрытых наночастицами диоксида титана и активированных магнитным полем под воздействием ультрафиолета.
  • Использование оксида тантала в самоочищающихся покрытиях. Свободные радикалы,генерируемые на Ta5Oх окисляют органические соединения.

Схема и принцип работы

В основе работы данного типа воздухоочистителя лежит явление фотокатализа, представляющего собой ускорение тех или иных химических реакций под воздействием специального вещества-катализатора и одновременного с ним воздействия света. Катализатором служит диоксид титана – вещество с минимальной химической активностью, что делает возможным его применение даже в пищевой промышленности. Так, с его помощью порошковое молоко «окрашивают» в белый цвет.

Химическая инертность диоксида титана сводится на нет под воздействием Уф-лучей, превращающих его в сильный окислитель. В таком состоянии он способен разлагать на воду и углекислый газ многочисленные органические вещества, что имеет принципиальное значение для очистки воздуха.

Объясняется это довольно просто — почти все загрязняющие воздух вещества являются именно органическими. К ним относятся витающие в виде пыли омертвевшие частички кожи, волос и ворса. Даже некоторые запахи, которые мы чувствуем, являются растворенной в воздухе органикой. Примером может служить обычный никотин.

В роли фильтра в фотокаталитическом очистителе выступает так называемое «пористое стекло» с превосходными адсорбирующими свойствами, позволяющими легко впитывать имеющиеся в воздухе загрязнения. На этот материал тонким и хорошо светопроницаемым слоем, что обеспечивается нанонапылением, нанесен диоксид титана. Под воздействием мощного УФ-излучения он разлагает на воду и углекислый газ все впитанные «пористым стеклом» вещества. Вода без проблем испаряется, дополнительно увлажняя очищенный воздух.

Эффективность

Фотокаталитический очиститель воздуха по своей эффективности в разы превосходит своих предшественников – устройства с угольной фильтрацией. Как удалось доказать экспертам, угольные «мойки воздуха» не справляются с нейтрализацией некоторых органических соединений, например, окиси углерода, формальдегидных соединений, окисли азота. А ведь именно эти вещества в наибольшем количестве присутствуют в городском воздухе, где полно смога и выхлопных газов.

Катализаторный очиститель способен справиться с такими видами сложных и опасных загрязнений, как:

  1. Табачный дым, гарь, угарный и любой другой токсичный газ.
  2. Производственные токсичные выхлопы.
  3. Пылевые клещи.
  4. Пыльца цветущих растений.
  5. Испарения бытовой и прочей химии.
  6. Неприятные запахи, вызванные органическими разложениями (гниение продуктов, трупов животных и насекомых).
  7. Микрочастицы продуктов жизнедеятельности людей и животных (частицы кожи, шерсти).
  8. Болезнетворные микроорганизмы (вирусы, бактерии, грибки).

Заострим внимание на том, что фотокаталитические воздухоочистители могут полностью уничтожать опасных микробов, вызывающих такие тяжелые заболевания, как золотистый стафилококк, кишечный грипп, вирусный гепатит, туберкулез, микоз, ветряную оспу, респираторные воспаления, пневмонию и др. https://www.youtube.com/embed/BpAllIsTk1Y

Прибор способен уберечь людей от инфекции в периоды сезонных эпидемий гриппа, а также он в разы повышает шансы не заразиться болезнью, если рядом находится инфицированный человек. Агрегат очень полезен для людей, страдающих аллергией и астмой. Это настоящий спасатель для дома, в котором есть маленькие дети.

На заметку! Фотокатализы могут быть дополнены другими видами фильтров (угольным, HEPA-фильтром, электростатическим), это только улучшает их характеристики.

Определение количества фотокаталитической деятельности

ISO 22197 — 1:2007 определяет метод испытаний для определения азотной окисной производительности удаления материалов, которые содержат фотокатализатор или имеют фотокаталитические фильмы на поверхности.

Определенные системы FTIR используются, чтобы характеризовать фотокаталитическую деятельность и/или пассивность особенно относительно Изменчивых Органических соединений VOCs и представительные матрицы примененных переплетов.

Недавние исследования показывают, что масс-спектрометрия может быть мощным инструментом, чтобы определить фотокаталитическую деятельность определенных материалов следующим разложение газообразных загрязнителей, таких как окиси азота или углекислый газ

Плюсы и минусы действенного очистителя

К плюсам данного устройства относят высокую степень очистки, безотходный способ утилизации мусора и бактерий, способность к самоочищению, низкое энергопотребление, безопасность, экологичность, простоту обслуживания.

Фильтр очистителя не нужно менять, замены может потребовать только ультрафиолетовая лампа. Срок ее службы варьируется от 1 года до 3 лет. Очистка этим прибором в 500 раз эффективнее, чем очистка угольным фильтром.

К минусам устройства можно отнести его бессилие перед неорганическими загрязнениями. Он не справится со строительной пылью, а также с иными неорганическими частицами. Поэтому для очистки воздуха в помещении во время ремонта этот фильтр не подойдет. Помимо этого, агрегат очищает воздух от любых бактерий на 99%, и не рекомендован к использованию в детской комнате, так как снижает сопротивляемость иммунитета излишней стерильностью воздушной среды. Для взрослых он безвреден, потому что иммунитет взрослого человека уже сформирован и не требует специальной тренировки.

Как работает очиститель воздуха?

При рассмотрении вопроса о том, какой прибор выбрать, многие желающие приобрести его должны в точности разобраться в технологии очистки воздуха.

Сам прибор представляет собой автоматический «всасыватель» загрязненного воздуха. Впоследствии в нем происходит очистка и выдувание уже чистых потоков. Система очистки воздуха основана на применении различных фильтров, функции которых могут значительно отличаться.

Кстати, в зависимости от модели и конструкции устройство может иметь не один фильтр, а несколько, каждый из которых имеет свою функцию во всей системе. После забора воздуха из помещения происходит его прогон сквозь завесу фильтра, который на себе оставляет все вредные микрочастицы. В результате уже на выходе получается очищенный воздух, что и делает весь микроклимат в доме свежим и чистым.

Как представляется из всей системы, воздухоочистители для квартиры не требуют определенных навыков или специальной подготовки в использовании. Достаточно просто своевременно менять фильтры, что можно сделать в домашних условиях, частично разобрав прибор, а также воспользовавшись услугами сервис-центра производителей устройства.

Количественная оценка фотокаталитической активности

ISO 22197-1: 2007 определяет метод испытаний для определения эффективности удаления оксида азота материалов, которые содержат фотокатализатор или имеют фотокаталитические пленки на поверхности.

Специальные системы FTIR используются для характеристики фотокаталитической активности и / или пассивности, особенно в отношении летучих органических соединений, ЛОС и типичных матриц применяемых связующих.

Недавние исследования показывают, что масс-спектрометрия может быть мощным инструментом для определения фотокаталитической активности определенных материалов, отслеживая разложение газообразных загрязнителей, таких как оксиды азота или диоксид углерода.

Разработка более эффективного действия

Разработка — фотокатализатор с H-легированием имеет поверхность, сделанную на основе диоксида титана. Аппарат заполняется водородом через разложение MgH2.

Энергия длинной волны, включая видимый свет, не допускает использования с амфотерным оксидом четырёхвалентного титана, потому что оксид имеет широкий диапазон напряжений.

Однако развитие MgH2-восстановления могло бы преодолеть этот недостаток путём индукции кислородного дефекта и H-легирования, позволяя использовать солнечный свет с длиной волны 570 нм.

MgH2 может синтезировать новые вещества, применяемые к оксиду титана, используемому в этом исследовании, а также оксиды, состоящие из других атомов:

  • цирконий (Zr),
  • цинк (Zn),
  • железо (Fe).

Этот метод применим к различным другим областям, таким как фотокатализатор и вторичная батарея. Фотокатализатор, синтезированный в этом исследовании, имеет в четыре раза увеличенную фото-активность, по сравнению с белым диоксидом титана.

К тому же такое устройство нетрудно изготовить, что является существенным фактором для производства водородной массы.

Ещё одна важная особенность новой технологии синтеза – в этом варианте достигается большее уменьшение ширины полосы, чем это достижимо в существующей старой технологии фотокатализатора диоксида титана.

Новый метод поддерживает реакцию на видимый свет в отличие от существующего фотосинтеза, преодолевая ограничение производства водорода.

С развитием нового фотокатализатора эффективность и стабильность производства водорода обещают значительно улучшится. Это поможет популяризировать водородную энергетику в ближайшем будущем.

На основе информации: DGIST

Отвечают эксперты:

«Главной отличительной чертой ФКО является полное уничтожение органических загрязнений с превращением их в экологически безопасные вещества (Н2О и СО2), в то время как наиболее распространенные адсорбционные очистители лишь накапливают токсичные компоненты и требуют периодической замены и утилизации адсорбента. Кроме того, очистители других типов плохо справляются с примесями, имеющими небольшую молекулярную массу (например, с окисью углерода, в значительных количествах присутствующей в табачном дыму), фотокаталитические же устройства окисляют их наиболее активно.»Зам. Директора Института проблем химической физики РАНпрофессор В. Н. Троицкий

Положительное мнение о ФКО также высказали:

  • Главный Государственный санитарный врач Онищенко Г.Г.
  • Академик РАН Пармон В.Н.
  • Главный врач Центра ГосСанЭпиднадзора в г. Москве Филатов Н.Н.
  • Курчатовский институт Академии промышленной экологии Д.ф.м.н.
  • Академик Козлов В.Ф.
  • Зам. начальника медицинского управления ГУИН Минюста России Бородулин А.Г. и другие.

Отзывы.

Производитель вправе вносить изменение во внешний вид, технические характеристики и комплектацию устройства. Актуальную информацию смотрите на сайте производителя вентиляционного оборудования.

РаспечататьРазместить у себя на сайте *
* данную страницу с полным техническим описанием вы можете разместить у себя на сайте.

Критерии выбора

При покупке стоит обратить внимание на несколько основных параметров, чтобы выбрать максимально подходящую модель

Мощность

От этого показателя зависит, на какую площадь рассчитан прибор. Если выбрать устройство с недостаточной мощностью, воздух в помещении не будет качественно очищаться, а излишне сильный агрегат будет потреблять большое количество энергии.

Если планируется круглосуточное использование очистителя, разумнее изучить модели с пониженным энергопотреблением, чтобы оплата счетов впоследствии не превратилась в проблему.

Наличие НЕРА-фильтров

Именно такие фильтры выполняют роль улавливателя мельчайших твердых загрязнений. Они способны задерживать пыльцу, шерсть домашних животных и пыль

Они не всегда устанавливаются в фотокаталитических очистителях, но на их наличие следует обратить внимание, если в семье есть аллергик

Дополнительные функции

Перед покупкой нужно выяснить тип загрязнений в помещении. Если помимо органических в воздухе есть примеси неорганического происхождения, то придется приобрести прибор, где кроме фотокаталитического фильтра установлен и дополнительный, для лучшей эффективности очистки.

Для удобства использования лучше выбирать модели, у которых установлен гигрометр, датчик загрязнения воздуха, предусмотрена функция автоматического очищения.

Если очиститель планируют использовать нечасто, не рекомендуется выбирать устройства с функцией увлажнения – потому что налитая в резервуар вода будет застаиваться, цвести, а внутри емкости начнёт образовываться известковый налет.

Стоит сказать и о том, что производители иногда совмещают в одном корпусе 2 прибора. Фотокаталитический очиститель может быть оборудован ионизатором, дополнительными фильтрами, увлажнителем воздуха, гигрометром для контроля уровня влажности или иметь ряд других полезных функций.

Перед тем как приобрести прибор узнайте все особенности данной модели у продавца-консультанта, так вы сможете выбрать наиболее эффективный и полезный аппарат.

Принцип работы

Данный вид климатической техники, в общих чертах, состоит из катализатора и ультрафиолетовой лампы. Вследствие их взаимодействия и происходит очистка воздушных масс. Ультрафиолетовые лучи, направляясь на катализатор, приводят к явлению фотокатализа – образования натурального вещества, имеющего высокую окислительную способность. Именно данное вещество и предназначено для уничтожения всех загрязняющих веществ из воздушного пространства, осевших на поверхности катализатора.

В воздухоочистителях с фотокаталитической системой материалом для фильтра чаще всего выступает пористое стекло. Оно имеет высокие впитывающие свойства и способно удерживать даже самые маленькие частицы. В качестве катализатора чаще всего отмечается применение диоксида титана.

Фотокаталитический очиститель воздуха не может накапливать загрязнения, микроорганизмы, пыль и пр. – при этом, отсутствует необходимость в замене фильтра, поскольку прибор сам себя очищает. Кроме того, очистители воздуха с фотокаталитическими фильтрами производят дополнительное увлажнение воздуха в помещении, так как в процессе их работы происходит испарение воды из воздушного потока.

Делая выбор в пользу фотокаталитического очистителя вы избавляете себя от необходимости дышать:

  • Выхлопным и угарным газом.
  • Окисями азота.
  • Фенолами и формальдегидами.
  • Табачным дымом.
  • Пылью и копотью.
  • Домашними, растительными и животными аллергенами.
  • Аммиаком и сероводородом.
  • Вредными и неприятными пищевыми запахами.
  • Болезнетворными бактериями и вирусами, в частности гриппом, туберкулезом, плесенью.
  • Токсическими органическими соединениями бытового и промышленного происхождения.

Виды фотокатализа

Гомогенный фотокатализ

В гомогенном фотокатализе реагенты и фотокатализаторы находятся в одной фазе. Наиболее часто используемые однородные фотокатализаторы включают озон и фото- Фентон системы (Fe + и Fe + / H 2 O 2 ). Реактивным веществом является • ОН, который используется для различных целей. Механизм образования гидроксильных радикалов озоном может быть двояким.

O 3 + hν → O 2 + O (1D)
O (1D) + H 2 O → • OH + • OH
О (1D) + Н 2 О → Н 2 О 2
H 2 O 2 + hν → • OH + • OH

Точно так же система Фентона производит гидроксильные радикалы по следующему механизму

Fe 2+ + H 2 O 2 → HO • + Fe 3+ + OH —
Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + HO • 2 + H +
Fe 2+ + HO • → Fe 3+ + OH —

В процессах типа фото-Фентона следует учитывать дополнительные источники радикалов OH: через фотолиз H 2 O 2 и за счет восстановления ионов Fe 3+ под УФ-светом:

H 2 O 2 + hν → HO • + HO •
Fe 3+ + H 2 O + hν → Fe 2+ + HO • + H +

На эффективность процессов типа Фентона влияют несколько рабочих параметров, таких как концентрация перекиси водорода, pH и интенсивность УФ-излучения. Основным преимуществом этого процесса является возможность использования солнечного света с светочувствительностью до 450 нм, что позволяет избежать высоких затрат на УФ-лампы и электрическую энергию. Эти реакции оказались более эффективными, чем другие фотокатализы, но недостатками процесса являются требуемые низкие значения pH, поскольку железо осаждается при более высоких значениях pH, и тот факт, что железо необходимо удалить после обработки.

Гетерогенный фотокатализ

В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов. Гетерогенный фотокатализ — это дисциплина, которая включает в себя большое количество разнообразных реакций: легкое или полное окисление, дегидрирование, перенос водорода, 18 O 2 — 16 O 2 и изотопный обмен дейтерия-алкана, осаждение металлов, детоксикацию воды, удаление газообразных загрязнителей и т. Д.

Наиболее распространенными гетерогенными фотокатализаторами являются оксиды переходных металлов и полупроводники, которые обладают уникальными характеристиками. В отличие от металлов, которые имеют континуум электронных состояний, полупроводники обладают пустой энергетической областью, где отсутствуют энергетические уровни, способствующие рекомбинации электрона и дырки, образованной в результате фотоактивации в твердом теле. Область пустот, которая простирается от верха заполненной валентной зоны до дна свободной зоны проводимости, называется запрещенной зоной. Когда фотон с энергией, равной или большей, чем ширина запрещенной зоны материала, поглощается полупроводником, электрон возбуждается из валентной зоны в зону проводимости, создавая положительную дырку в валентной зоне. Такая фотогенерированная электронно-дырочная пара называется экситоном . Возбужденные электрон и дырка могут рекомбинировать и выделять энергию, полученную при возбуждении электрона, в виде тепла. Рекомбинация экситонов нежелательна, и более высокие уровни приводят к неэффективному фотокатализатору. По этой причине усилия по разработке функциональных фотокатализаторов часто подчеркивает , простирающуюся жизнь экситона, улучшая разделение электронно-дырочного использование различных подходов , которые часто полагаются на структурных особенностях , такие как фазовые гетероатомы-переходы (например , анатаз — рутиловые интерфейсы), благородные металлы , наночастицы , кремниевые нанопроволоки и катионно-замещающее легирование. Конечная цель конструкции фотокатализатора — облегчить реакции между возбужденными электронами с окислителями с образованием восстановленных продуктов и / или реакции между образовавшимися дырками с восстановителями с образованием окисленных продуктов. Из-за образования положительных дырок и электронов на поверхности полупроводников происходят окислительно-восстановительные реакции.

В одном из механизмов окислительной реакции положительные дырки реагируют с влагой, присутствующей на поверхности, и образуют гидроксильный радикал. Реакция начинается с фотоиндуцированной генерации экситонов на поверхности оксида металла (МО — оксид металла):

МО + hν → МО (h + + e — )

Окислительные реакции из-за фотокаталитического эффекта:

ч + + Н 2 О → Н + + • ОН
2 ч + + 2 Н 2 О → 2 Н + + Н 2 О 2
Н 2 О 2 → 2 • ОН

Восстановительные реакции за счет фотокаталитического эффекта:

е — + O 2 → • O 2
• O 2 — + H 2 O + H + → H 2 O 2 + O 2
Н 2 О 2 → 2 • ОН

В конечном итоге гидроксильные радикалы образуются в обеих реакциях. Эти гидроксильные радикалы очень окислительны по своей природе и неселективны с окислительно-восстановительным потенциалом (E = +3,06 В).

Выбор фотокаталитического очистителя

Если были рассмотрены все варианты и выбор остановился на очистителе данного типа, то стоит принять во внимание следующие факторы:

  • Мощность. Основным параметром устройства является площадь помещения, на работу в которой он рассчитан. Ориентируясь на этот показатель, можно избежать и бессмысленных трат энергии, и недостаточной степени очистки.
  • Тип загрязняющих веществ. Если воздух в помещении загрязнен неорганическими вещества, то лучше купить очистителя категории «комбайн», которые использует разные способы очистки.
  • Степень загрязнения воздуха. Данный очиститель не может быстро очищать воздух из-зи небольшой площади фильтра. Фотокатализатор удаляет никотин и табачные смолы, но делает это медленно. Чтобы очистить воздух в зале для курения, в ресторане или баре, потребуется фильтр огромного размера, площадью с кухонный стол. Поэтому для таких целей лучше использовать устройство двойного действия, в котором совмещен фотокатализатор с НЕРА-фильтром.

Производство фотокаталитических фильтров ведет ряд компаний. В РФ производятся приборы Аэролайф – Л. Данные приборы сертифицированы как медицинская техника для очистки воздуха, что показывает их высокий уровень очистки, выше, чем очиститель бытового назначения. Цена данных приборов невысока по сравнению с аналогичными, составляет 200-300 долларов в зависимости от мощности.

Производятся модели фотокаталитических очистителей воздуха аэролайф для обработки помещений площадью от 35 до 90 кв. м., в том числе и приборы для работы в условиях интенсивного загрязнения. Также выпускаются модели, предназначенные для промышленного использования, в первую очередь на предприятиях пищевой промышленности.

Фотокаталитический очиститель воздуха daikin относится к бытовому очистителю. Помимо фильтра фотокатализа он также имеет и другие фильтры, а также источник отрицательных ионов. Выбор устройств невелик – всего два для бытового использования, которые рассчитаны на помещения площадью 41 и 48 кв. м. Цена достаточно высока, 700 – 900 долларов. Из достоинство можно выделить наличие пульта дистанционного управления.

Фотокаталитический очиститель воздуха dorff eiger также является бытовым очистителем. Его цена сравнима с ценой устройств Аэролайф. Устройства снабжаются также угольным или пылевым фильтром. Они могут использовать для помещения площадью 30 м.кв.

Возможно, в будущем производство данных фильтров станет более простым, и появятся новые, более эффективные модели.

Также советуем посмотреть:

  • Что такое система аспирации воздуха и где она применяется?
  • Cистема кондиционирования чиллер фанкойл — принцип работы
  • Выбираем тепловую завесу для гаража
  • Как рассчитать необходимую мощность тепловой завесы?
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации