Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Аванесов А.В., Рахимов А.Т., Саенко В.Б.

В настоящее время существует научно-техническая проблема очистки воды и воздуха.

Хорошо известно, что чистые вода и воздух являются источником жизни и здоровья. В то же время вода и воздух, не меняя внешне своих параметров, могут содержать недопустимо большое количество токсичных веществ и болезнетворных микроорганизмов, вызывая медленное отравление или вспышки заболеваний. В настоящее время во многих странах объявлены национальные программы и ведутся интенсивные исследования по очистке воды и воздуха. К наиболее эффективным способам очистки и дезинфекции воды и воздуха можно отнести использование УФ излучения, озона и их комбинации [1]. Однако эти способы являются достаточно энергоемкими процессами, что тормозит их широкое внедрение.

В последнее время получили развитие устройства для очистки воды и воздуха [2], использующие фотокатализатор, что приводит к резкому ускорению химической реакции, при этом сам материал фотокатализатора не расходуется. В фотокатализаторе химическая реакция происходит на границе вода (воздух) - поверхность фотокатализатора и стимулируется поглощенным УФ излучением, благодаря чему скорость реакции увеличивается на много порядков. В настоящее время разработан ряд эффективных фотокатализаторов в УФ диапазоне. Установлено, что на поверхности диоксида титана TiO2 протекает фотодеструкция токсичных примесей, содержащихся в воде и воздухе. Для поддержания фотокаталитических процессов требования к источнику УФ излучения существенно мягче, и устройства в целом менее энергоемки. Как правило, в качестве источников УФ излучения используются стандартные парортутные лампы низкого давления с излучением на длине волны λl = 254 нм [3].

Благодаря высокому коэффициенту полезного действия парортутная лампа низкого давления остается вне конкуренции как источник бактерицидного излучения и инициатор фотокаталитических процессов. Однако достаточно низкая интенсивность УФ излучения из-за самопоглощения в парах ртути, токсичность ртути и вопросы утилизации ламп приводят к поиску новых источников УФ излучения и разработке более эффективных очистителей. Для этих целей более предпочтительными могут стать открытые источники УФ излучения на основе различных газоразрядных схем [4,5]. Эти источники использованы для разработки фотокаталитических реакторов очистки воздуха [6] и воды [7].

Фотокаталитические устройства очистки воды и воздуха работают следующим образом [2]. Фотокатализатором служит мелкодисперстный диоксид титана TiO2 толщиной порядка 0,1 мм. Поверхность фотокатализатора однородно облучается источником УФ излучения с длиной волны λ = 180 - 390 нм (Еф ≈ 6,9 -3,2 эВ). При оптической накачке зерен фотокатализатора происходит генерация в объеме полупроводника, которым является TiO2, электрон-дырочных пар, с последующей диффузией этих химически активных частиц на поверхность зерен, контактирующих с водой или воздухом. При выходе на поверхность электрон-дырочные пары взаимодействуют с молекулами кислорода и воды, рождая последовательность реакций окисления, что обеспечивает интенсивный процесс очистки воды или воздуха.

Работа поддержана грантом НШ-133.2008.2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Дамбраускас С.Г., Рахимов А.Т., Саенко В.Б. и др. Физические особенности использования источников УФ излучения и озона в системах водоподготовки. В кн.: Физические проблемы экологии: Сборник научных трудов./ Под ред. В.И. Трухина, Ю.А. Пирогова, К.В. Показеева. - Москва. МАКС Пресс, 2005. - № 13, с. 167 - 175.
  2. Савин Е.Н. Фотокаталитические методы очистки воды и воздуха. Соросовский образовательный журнал. Москва, 2000. - том 6, № 11, стр.52-56.
  3. Рабек Я. Экспериментальные методы в фотохимии и фотофизике. Москва. "Мир",1985.
  4. Рахимов А.Т., Саенко В.Б. Газоразрядный источник ультрафиолетового излучения или озона. Патент РФ № 2285311 от 10.10. 2006.
  5. Саенко В.Б. Импульсно-периодический широкоапертурный источник ультрафиолетового излучения на основе матрицы микрошнуров плазмы. Патент РФ № 2326463 от 10.06.2008.
  6. Аванесов А.В., Рахимов А.Т., Саенко В.Б. Фотокаталитический реактор. Заявка на изобретение № 2008113853/15(015087) от 11.04.2008.
  7. Рахимов А.Т., Саенко В.Б. Устройство очистки воды. Заявка на изобретение № 2008133059 от 13.08.2008.