Незадовільна якість повітря у приміщеннях є серйозним фактором ризику для здоров’я людини та збереження матеріальних цінностей. Мікробіологічних забруднювачів існує величезна різноманітність – від пилку і спор рослин до бактерій, грибків, водоростей та деяких найпростіших, що потрапляють повітрям із довкілля, а також до мікроорганізмів і алергенів, які передаються від людини до людини.
Для усунення з повітря спор грибків і бактерій зазвичай використовуються методи фільтрації та дезінфекції. Проте метод фільтрації, навіть при використанні НЕРА-фільтрів (HEPA, High Efficiency Particulate Air – різновид високоефективного повітряного фільтра, який може вилучати з повітря дуже дрібні частинки завбільшки з кілька мікрон), тільки затримує бактерії та спори на фільтрах, де вони можуть розмножуватись і за певних умов потрапляти до приміщень. Дезінфекція газами й аерозолями може бути небезпечною для здоров’я людини та збереженості матеріальних цінностей, паперу тощо. Останнім часом розвиваються фотокаталітичні методи знешкодження мікроорганізмів у повітрі, які не призводять до утворення шкідливого озону, та їхня ефективність доволі низька. З огляду на це, у традиційних очищувачах повітря використовується послідовний набір фільтрів – фотокаталітичний, плазмовий, вугільний, НЕРА-фільтри, – що суттєво здорожчує фільтрувальну систему та збільшує її розміри. Отже, існує проблема розміщення максимальної кількості ефективних засобів знищення мікроорганізмів у мінімальному об’ємі фільтру й підвищення ефективності матеріалів фільтру.
Новий композитний матеріал, розроблений у відділі фізичного матеріалознавства Донецького фізико-технічного інституту імені О.О. Галкіна НАН України (ДонФТІ) в рамках виконання проекту «Nanoguard 2AR» програми ЄС із досліджень та інновацій «Horizon 2020», діє на мікроорганізми комплексно: механічно – завдяки голчастим кристалам тетраподів ZnO, а також шляхом фотокаталітичного процесу на наночастинках ZnO та за допомогою дезінфекції наночастинками Ag (рис.1). Причому всі ці матеріали розміщуються на одному носії, тобто, умовно кажучи, сконцентровані в одній точці простору фільтру.
Рис.1. Схематичне зображення зовнішнього вигляду та механізму дії композитного матеріалу на мікроорганізм
Композитний фотокаталітичний матеріал, що містить тетраподи ZnO, наночастинки ZnO і Ag у співвідношенні: тетраподи ZnO/ZnO NPs/Ag NPs 4 г/4 г/0,04 г, – готувався ультразвуковим змішуванням в етиловому спирті й наносився на сітчасті носії фарбуванням. Ці носії сумарною площею близько 3 м2 було розташовано в об’ємі 0,02 м3 модуля у вигляді частини стандартного повітровода перерізом 0.2*02 м опромінювались ультрафіолетовим випромінюванням із довжиною хвилі 365 нм. Завдяки досить гнучкій конструкції модуль можна легко вмонтувати у будь-який повітропровід.
Пробне тестування модуля для очищення повітря у приміщенні від типових бактерій навколишнього середовища здійснювалось у лабораторії «AR Diagnostic» (Португалія). Модуль, поєднаний із комерційною повітряною завісою Ballu BHC-L08-S05, з метою очищення повітря у приміщенні й захисту його простору від забрудненого зовнішнього повітря випробовувався у стандартній залі для переговорів об’ємом 73,5 м3. Повітряна завіса захищала дверний отвір від зовнішнього брудного повітря.
Рис.2. Зменшення кількості колоній бактерій (а) та спор грибків (б) у приміщенні залу для засідань упродовж тестування
Тестування розробленого матеріалу у складі фотокаталітичного модуля для очищення повітря від типових мікроорганізмів, які пошкоджують паперові носії історичної інформації та інші матеріальні цінності, відбулось у дезінфекційному центрі Національної бібліотеки України імені В.І. Вернадського, об’єм якого – 36 м3 (рис.3).
Рис.3. Зовнішній вигляд модуля та його розміщення у дезінфекційному центрі
Повітряні проби для мікробіологічних випробувань до, під час і після роботи модуля збиралися шляхом активного відбору проб повітря за методом Кротова. Інкубація проб здійснювалася при температурі 25oC, аби забезпечити зростання колоній грибків і бактерій для підрахунків. Аналіз проб показав, що початковий рівень забрудненості повітря бактеріями та мікроорганізмами у дезінфекційному центрі становить 115 КУО/м3 (КУО – колонієтвірні одиниці). Коли персонал бібліотеки дезінфікував книжки, концентрація колоній мікроорганізмів у повітрі зросла до 150-200 КУО/м3, а після роботи модулю впродовж 60 хвилин – упала всемеро-вдесятеро й не перевищувала 20 КУО/м3 протягом подальшої роботи модуля до кінця робочого дня (рис.4). При цьому модуль споживав електричну потужність 300 Вт/г, а швидкість дезінфекції повітря склала 300 м3/г. Наступного дня на початку робіт концентрація мікроорганізмів становила 60 КУО/м3.
Рис.4. Зменшення кількості колоній мікробів у приміщенні дезінфекційного центру впродовж тестування
Отже, робота модуля протягом 4-х годин на добу забезпечує суттєве і стале зменшення концентрації мікроорганізмів у повітрі дезінфекційного центру.
За аналогічним принципом у ДонФТІ розроблено модуль з антивірусного оброблення повітря.
