Фотокаталитическое окисление (ФКО) является очень многообещающей новой технологией для уменьшения летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе помещения. Во время процесса происходит воздействие ультрафиолетовых лучей на катализатор, такой как двуокись титана, с тем, чтобы производить гидроксильные радикалы (ОН). Эти гидроксильные радикалы очень реактивны и могут окислять или расщеплять типичные для воздуха помещения ЛОС. Исследование, проведенное американскими учеными Ходгзоном, Силиваном и Фиском (A.T. Hodgson, D.P. Sullivan и W.J. Fisk), называется «Оценка возможности применения метода фотокатализа в помещении: преобразование летучих органических соединений при низких концентрациях ppb (частиц на миллиард частиц)» [“Evaluation of ultraviolet photocatalytic oxidation (UVPCO) for indoor air applications: conversion of volatile organic compounds at low partperbillion concentrations” (LBNL58936)]. Целью исследования было определить, можно ли применять этот процесс для уменьшения количества ЛОС в воздухе офисного помещения с тем, чтобы с наименьшими энергетическими затратами соединить метод фотокатализа с фильтрацией, не полагаясь только на вентиляцию. Исследования выявили, что большинство проведенных ранее исследований этой технологии сделаны в лабораторных условиях. Подавляющее большинство исследований использовали только несколько основных загрязняющих ЛОС воздуха помещения с тем, чтобы лучше понять этот процесс. Данные исследования проводились таким образом, чтобы смоделировать низкие концентрации ЛОС, которые могут встречаться в реальности в воздухе помещения. Теоретически, все ЛОС должны быть разложены в конечном итоге на углекислый газ и воду. Тем не менее, во многих случаях до того, как подойти к своей конечной фазе, эта реакция может быть комплексной и проходит через несколько стадий, во время которых могут образовываться достаточно стабильные промежуточные побочные продукты. Вопрос в том, способен ли фотокаталитический процесс проходить достаточно быстро и полностью нейтрализовать эти ЛОС, а не производить вредные ЛОС как непредвиденный побочный продукт. Чтобы исследовать это, были созданы три группы смесей ЛОС. Первая была комбинацией из 27 ЛОС, которые обычно присутствуют в воздухе офисных помещений. Вторая была смесью наиболее часто применяемых чистящих средств (очистителя на основе масла сосны, очистителя с использованием 2бутоксиэтанола и очистителя с применением d-лимонене (апельсиновое масло). Третья группа была создана из ЛОС, образующихся от строительных материалов, таких как крашеные стены, композитное дерево, ковры и виниловые покрытия. Поток воздуха и концентрация ЛОС менялись для каждой смеси, с тем, чтобы получить всего девять экспериментов. Были проведены замеры ЛОС на входе и выходе воздушного потока. Были проведены также другие эксперименты только со смесью формальдегидов, ацетальдегидов и фотокаталитического устройства. Обычно эффективность преобразования ЛОС варьирует в зависимости от типа ЛОС и скорости воздушного потока. Интересно, что концентрация ЛОС не сильно влияет на результат. Независимо от увеличения концентрации ЛОС в два и три раза, поток подаваемого воздуха (ППВ) оставался одинаковым. Для группы чистящих средств эффективность очистки составила от 20 до 80 %. Для строительных материалов — от 18 до 49 %. Смесь альдегидов — эффективность от 18 до 49 %. Обычно эффективность распада падала в следующем порядке: более эффективными распадались алкоголи и гликоли, нежели альдегиды, кетоны и терпен-углеводороды, затем шли ароматические и алифатические углеводороды. В принципе, уровень преобразования внушал оптимизм, и авторы отмечают, что метод фотокатализа (ФК) может привести к энергосбережению. Тем не менее, во время эксперимента вскрылись факты, которые привели ученых в замешательство. Исследователи обнаружили, что в результате неполной декомпенсации ЛОС, находящихся в воздушном потоке, на входе была чистая продукция формальдегидов, ацетальдегидов, муравьиной и уксусной кислот. В частности, концентрация формальдегидов и ацетальдегидов на выходе была в 3,4–4,6 раз выше соответственно. И формальдегиды, и ацетальдегиды признаны очень опасными токсическими веществами в воздухе внутреннего помещения. Формальдегиды классифицированы как канцерогены для человека. Правительственными директивами предписано поддерживать количество формальдегидов и ацетальдегидов на очень низком уровне.В то время как при попадании ЛСО на ФКустройство образует формальдегиды и ацетальдегиды, ФК также раскладывает эти компоненты. Вопрос в том, увеличивается или нет в воздухе помещения количество этих веществ. Используя моделирование, основанное на результатах экспериментов, авторы пришли к выводу, что при использовании метода ФК в офисном здании произойдет трехкратное увеличение содержания формальдегидов и ацетальдегидов в воздухе (в зависимости от концентрации и типа ЛОС). В заключении исследователи пишут, что в то время, как применение ФК-устройства может являться полезным для улучшения широкомасштабного улучшения качества воздуха в помещениях, где находятся люди, увеличение количества формальдегидов и ацетальдегидов в воздухе требует лучшего и дальнейшего изучения. Принимая во внимание эксперименты и расчеты, исследователи считают, что получение альдегидов является очень серьезной причиной для того, чтобы не рекомендовать этот метод для использования в настоящее время. Необходимо провести дальнейшее изучение, с тем, чтобы либо уменьшить количество формальдегидов и ацетальдегидов, получаемых в результате реакции, либо соединить эту технологию с применением газоочистителей, для улавливания токсичных побочных продуктов до того, как они будут возвращены обратно в помещение. Во время исследования были применены несколько скоростей подачи воздуха на ФК-устройство. Значительное уменьшение в проценте расщепленных ЛОС было замечено при увеличении скорости подачи воздуха. Причина в том, что ЛОС будут присутствовать в устройстве ФК меньшее количество времени. Еще большая проблема видится в том, что высокой скоростью для эксперимента считалось всего 570 м3/ч. Большинство систем в жилых зданиях производят по крайней мере 1680 м3/ч, в то время как в коммерческих — обычно 3360 м3/ч. На таких еще более высоких скоростях подачи воздуха, чем в эксперименте, можно предположить, что процент разложения веществ будет еще ниже, а количество побочного продукта еще больше, но эти выводы требуют дополнительного экспериментального подтверждения. Данное исследование поставило ряд вопросов о применении ФК для очистки воздуха в помещениях, где находятся люди. Ряд компаний производят и продают эти устройства для применения в жилых домах, офисах и других коммерческих зданиях. Они делают это, предполагая, что их устройства работают эффективно и безопасно. По поводу того, производят эти устройства или нет нежелательные вещества, как побочный продукт, не было проведено ни одного эксперимента. Список производителей ФК-установок растет день ото дня. Данное исследование подняло много вопросов по поводу эффективности и безопасности ФК-метода. Еще один вопрос, над которым стоит задуматься — это применение фотокатализа в помещениях, где курят. Уменьшение неприятных запахов в таких помещениях, как бары, рестораны и дома, где есть курящие, звучит заманчиво. Тем не менее, сигаретный дым включает в себя более 1000 различных химических веществ. Отсутствуют хорошие научные исследования по поводу того, что происходит после реакции в ФК-устройстве с этими 1000 с лишним химическими веществами, а также с гидроксильными радикалами и другими реактивными кислородными видами (РКВ) после их выхода из ФКУ. Уже есть исследования по поводу того, как влияет озон (еще один РКВ) на сигаретный дым, и результаты вышеупомянутого исследования, так что самое меньшее, что можно предположить — это то, что как побочный продукт сигаретного дыма мы будем иметь формальдегиды. Какие еще побочные продукты, их количество, а также возможные другие мельчайшие частицы могут образовываться, — все это требует дальнейшего изучения. Из исследования можно сделать вывод, что воздух помещения — это сложная субстанция, поэтому производить химические реакции с ним достаточно опасно. То, что вы хотите получить, не всегда совпадает с тем, что вы получаете. Продукты химической реакции могут быть еще опаснее, и намного опаснее, чем вступающие в реакцию вещества. Несмотря на то, что ФК является многообещающим изобретением, он еще до конца не изучен, нельзя говорить о возможности его широкого применения в помещениях, где находятся люди.