Качество воздуха, которым мы дышим, — это один из главных факторов, определяющих здоровье населения. По последним данным, совокупное воздействие его загрязнения оценивается в 6,7 миллиона случаев смерти в год. Однако опасность представляет не только смог над городами, выхлопные газы автомобилей или дым от лесных пожаров. Существует и другой тип загрязнений — микроорганизмы (бактерии, вирусы и грибки). Они могут перемещаться на дальние расстояния вместе с пылью и вызывать инфекционные заболевания, аллергии, астму, бронхиты. Особенно уязвимы работники биотехнологических и фармацевтических производств, где качество воздуха может быть в разы ниже нормы.
Для предотвращения распространения микроорганизмов сегодня применяется несколько подходов: одноразовые медицинские маски и респираторы, фильтры в системах вентиляции и кондиционирования. Для придания им бактерицидных свойств используют специальные пропитки и покрытия на основе серебра или фотокатализаторов, а также угольные сорбенты.
Проблема в том, что ни один из традиционных материалов не способен обеспечить полноценную защиту от микробиологического заражения. Такие фильтрующие и обеззараживающие системы со временем теряют свою активность: их поры забиваются, а сорбционная емкость исчерпывается. Из-за этого их приходится часто чистить и менять, поскольку иначе они не просто перестают работать, а сами становятся источником вторичного загрязнения воздуха.
При этом существующие решения, направленные на борьбу с бактериями, не обеспечивают улавливание токсичных газов из воздуха. Это значит, что в условиях реальных производств, где одновременно присутствуют токсичные вещества и микроорганизмы, требуется более сложная система защиты.
Ученые Пермского Политеха создали новый бактерицидный фильтр на основе активной углеродной ткани, модифицированной частицами металлической меди. Испытания в потоке воздуха подтвердили, что эффективность фильтра впервые достигает 99,9%. В качестве основы исследователи взяли активную углеродную ткань, которая хорошо сорбирует токсичные пары. А чтобы придать ей необходимые бактерицидные свойства, модифицировали мелкодисперсными частицами меди. Этот металл выбрали потому, что он обладает доказанным антимикробным действием и при этом значительно дешевле серебра.
Чтобы нанести медь, ученые использовали метод электроосаждения, когда металл наносят при помощи электрического тока. Однако равномерность и безопасность нового покрытия во многом зависят и от состава используемого раствора.
Вместо традиционных вариантов ученые остановились на электролите, содержащем сульфат меди, глицерин и щелочь, поскольку он прост в эксплуатации, нетоксичен и позволяет получать волокнистые сорбенты, на поверхности которых достаточно прочно закрепляются мелкодисперсные частицы меди. Но просто покрыть волокна металлом недостаточно — важно грамотно настроить весь процесс. Поэтому исследователи опытным путем подбирали режимы нанесения, при которых медь равномерно распределяется по поверхности активной угольной ткани.
В результате был разработан композиционный материал с бактерицидными свойствами. Для максимальной эффективности использования предлагается создание трехслойного блока, два внешних слоя которого представляют собой активную углеродную ткань, сорбирующую основную массу токсичных газов и паров, а средний слой — медьсодержащее бактерицидное покрытие, которое работает как барьер для микроорганизмов.
«С целью исследования состава, формы, размера частиц меди на поверхности активной угольной ткани мы методом электронной микроскопии установили, что распределение частиц имеет равномерный характер, а на поверхности носителя осаждается чистая медь без примесей. Покрытие достаточно прочно закрепляется и не удаляется даже при длительном пропускании потока воздуха. Отработанный в потоке зараженного микроорганизмами воздуха образец материала проверяли на содержание в его составе живых микроорганизмов дискодиффузионным методом, который показал их полное отсутствие. Это подтверждает бактерицидные свойства разработанного фильтра», — рассказала Елена Фарберова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат химических наук.
«Наша разработка может найти применение в средствах индивидуальной защиты органов дыхания — масках и респираторах, в системах вентиляции воздуха больниц и офисов, а также на биотехнологических и фармацевтических производствах для очистки воздуха рабочей зоны», — отметил Андрей Гуляев, магистрант кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.
Статья опубликована в вестнике «Химическая технология и биотехнология».
