Промышленные гиганты по всему миру выбрасывают в атмосферу токсичный диоксид серы. В металлургии это происходит во время выплавки металлов, когда выделяется сернистый ангидрид. Он опасен тем, что на улице, особенно при влажной погоде, превращается в сернистую кислоту, а при окислении кислородом в солнечную погоду — в серную, и разносится ветром на большие расстояния. Самая большая концентрация наблюдается над США, Европой и Китаем. В теории даже в малых дозах кислота может обжечь лёгкие и вызвать отравление. По данным журнала Nature Geoscience, диоксид серы задерживается в атмосфере ненадолго, всего на несколько дней, а иногда часов.
На производстве ситуация более опасная. Несмотря на наличие на предприятиях очистных сооружений, попадание в рабочую зону малых концентраций сернистого ангидрида, зачастую неизбежно, поэтому в таких ситуациях сталеварам требуется защита органов дыхания. Можно использовать противогазы и респираторы. Противогазы применяют для защиты органов дыхания при высоких концентрациях вредных веществ в воздухе рабочей зоны, а респираторы — при низких в пределах 5–10 ПДК.
При плавке, литье, отжиге металла рекомендовано надевать противогазоаэрозольные респираторы с дополнительным угольным слоем и клапаном выдоха. Активированный уголь сорбирует вредные газы, а клапан делает работу комфортнее в условиях высокой температуры и влажности. Но у таких средств защиты есть один большой минус — профессиональные респираторы тяжёлые и из-за этого их неудобно носить. Учёные Пермского Политеха разработали новый вариант фильтрующе-сорбирующего материала, использование которого позволит снизить массу сорбционного патрона (связывающего газ в респираторе) в 15 раз.
При концентрации сернистого газа появляется раздражение глаз и верхних дыхательных путей, першение в горле, насморк, кашель и охриплость голоса
Сейчас для защиты от пагубного воздействия используют мокрые и сухие методы: поглощают газ щелочными растворами в воздухоочистителях, а также улавливают активированным углём или известью.
Мокрые методы обезвреживания сернистого газа основаны на применении растворов гидроксида натрия; карбоната натрия; аммиака; соединений кальция, цинка и магния. Сухие методы заключаются в применении твёрдых сорбентов, таких как карбонаты, активированный уголь, пиролюзит и сорбенты на основе торфа. Сухая регенерация сорбентов затруднена, мокрая осуществляется обработкой растворами щёлочи или соды.
Рабочие на предприятиях обычно используют респираторы с патронами, заполненными гранулами активированного угля со специальными добавками, которые химически связывают вредный газ. Из-за тяжёлого веса такие фильтры неудобны для длительного ношения.
Основные параметры респираторов по ГОСТу
- FFP1 — респираторы с низкой эффективностью фильтрации и степенью очистки до 80%, защищают только от крупнодисперсных твёрдых аэрозолей (крупной пыли). Позволяют защищать органы дыхания при загрязнениях до 4 ПДК (предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ). Применяются при работе с нетоксичной пылью, при строительстве, деревообработке, хорошо защищают от частиц цемента, пыльцы, угля, металлических опилок и тому подобных крупных частиц пыли;
- FFP2 — респираторы очищают до 94% загрязнений, имеют среднюю эффективность и кроме вышеперечисленных загрязнений фильтруют также мелкодисперсные и жидкие аэрозоли. Применяются при загрязнённости воздуха до 12 ПДК, при работе с пылью средней токсичности, пылью твёрдой древесины, углём, при электросварке.
- FFP3 — респираторы обладают высокой эффективностью, очищают до 99% примесей, позволяют работать при загрязнённости до 50 ПДК и защищают органы дыхания помимо вышеперечисленных загрязнений также от мелкодисперсных твёрдых и жидких аэрозолей, а также диоксида серы. Применяются при работе с токсичной пылью, асбестом, радиоактивной пылью и для защиты от бактерий и вирусов, улавливают споры плесени.
Учёные Пермского Политеха разработали для респираторов новый, более лёгкий хемосорбент. За основу взяли активированную угольную ткань (АУТ) с развитой пористой структурой и пропитали её раствором йодида калия (KI). Он химически связывает SO2 по реакции с образованием безопасных продуктов — серы и йода, которые надёжно удерживаются на поверхности АУТ.
Учёные Пермского Политеха разработали для респираторов новый, более легкий хемосорбен
«Для определения эффективности нового состава мы взяли образцы ткани с разным содержанием йодида калия (от 14 до 21%). Их тестировали на поглощение SO2 в динамическом потоке воздуха при его содержании 5 и 10 ПДК (предельно допустимая концентрация). Это соответствует реальным условиям в производственных помещениях некоторых предприятий. Лучшую способность «связывать» газ проявил образец с содержанием добавки иодида калия 17,5%. При концентрации сернистого газа в потоке воздуха 5 ПДК он обеспечивал очистку в течение 6 часов и 3 часа при 10 ПДК. Это доказывает, что его можно использовать для создания облегчённых респираторов, снизив их привычную массу в 15 раз», — цитирует Naked Science доцента кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидата химических наук Елену Фарберову.
Вывод: проведённые исследования показали принципиальную возможность создания эффективного поглотителя диоксида серы на основе активированной угольной ткани. Определено оптимальное содержание добавки йодида калия в хемосорбенте 17,5 %.
Созданный учёными ПНИПУ материал для защиты от SO2 эффективнее и удобнее аналогов и в будущем может быть применён в промышленных респираторах на нефтегазовых, энергетических и металлургических заводах. Разработка решает две ключевые задачи: повышает безопасность на вредных производствах и увеличивает вариативность средств защиты. В перспективе технология может быть адаптирована и для других токсичных газов.
Статья с подробными результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Егор Петров
