Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия

И. В. Буторина, профессор, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: butorina_irina@mail.ru
С. В. Ганин, директор Высшей школы физики и технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: ganin_sv@spbstu.ru

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Россия

М. В. Буторина, профессор, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: marina_butorina@inbox.ru

Показано, что наноразмерные порошки позволяют получать материалы с принципиально новыми свойствами, однако работа с ними сопровождается образованием пылегазовых потоков, которые, попадая в окружающую среду неочищенными, наносят большой вред организму человека. Проведен анализ известных из литературы способов очистки газов от наночастиц в диапазоне 1–100 нм. Отмечено, что для их улавливания пригодны те же способы, что и для выведения из потока макрочастиц, осуществляемые в инерционных, центробежных и тканевых фильтрах, а также в мокрых пылеуловителях. Однако ввиду малого размера частиц перед попаданием в газоочистной аппарат они должны пройти процедуру укрупнения — коагуляции, либо следует увеличить силу воздействия на них. Коагуляция наночастиц осуществляется путем воздействия на пылегазовый поток акустическими или магнитными полями, либо путем подачи в агрегат пара. Увеличение силы воздействия на частицы в центробежных пылеуловителях достигается повышением угловой скорости вращения газового потока в агрегате, а в мокрых пылеуловителях — барботерах путем интенсивного перемешивания газа и очищающей жидкости. Электрофильтры, используемые для очистки газов от микропыли, для наночастиц не применимы. Конструкция электроловушек для улавливания наночастиц значительно сложнее и рассчитана на очистку небольших объемов газа. Лучшим сухим способом очистки газа от наночастиц является их фильтрация через фильтры, выполненные из супертонких волокон в виде нанотрубок. Наиболее простым и достаточно эффективным способом улавливания наночастиц следует признать гидрофильтры — барботеры, оснащенные диспергатором очищаемого газа, которые могут устанавливаться в качестве второй ступени очистки после уловителей микропыли.

1. Кочкина Г. В., Крушенко Г. Г. Способы получения нанопорошков // Сборник Трудов конференции. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Красноярск, 2014. С. 55–56.
2. Великородная Ю. Ф.. Почепцов А. Я. Наночастицы как потенциальный источник неблагоприятного воздействия на окружающую среду // Медицина экстремальных ситуаций. 2015. № 3(53). С. 73–77.
3. Oberdörster G., Stone V., Donaldson K. Toxicology of nanoparticles: A historical perspective // Nanotoxicology. 2007. Vol. 1. Р. 1–25.
4. Буторина И. В., Буторина М. В. Современные способы очистки выбросов предприятий черной металлургии // Черные металлы. 2021. № 7. С. 76–81.
5. Лопота А. А, Фролов В. Я., Иванов Д. В., Юшин Б. А. Разработка уловителя для осаждения наноматериалов // Научно-технические ведомости. Наука и образование. 2011. № 1. С. 151–153.
6. Butorina I. V., Fedotova E. S. Role of evaporation in the formation of smelting dust // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 6. P. 447–452.
7. Хмелев В. Н., Шалунов А. В., Нестеров В. А., Шалунова К. В. и др. Контроль процесса ультразвуковой коагуляции дисперсных частиц нанометрового размера // Ползуновский вестник. 2013. № 2. С. 154–158.
8. Абрамов Е. Г., Панина Л. К. Моделирование потоков биосуспензий, меченных магнитоактивными наночастицами, в градиенте магнитного поля // Вестник СПбГУ. 2011. Сер. 3. Вып. 1. С. 57–65.
9. Ивахнюк Г. К., Картель Н. Т., Иванов А. В., Капитоненко З. В. Адсорбционные и электрофизические методы синтеза наноматериалов // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. 2011. № 12. С. 58–59.
10. Бубенчиков М. А. Движение частиц ксенона в циклонной камере // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2012. № 1(17). С. 62–67.
11. Хмелев В. Н., Шалунов А. В., Нестеров В. А., Шалунова К. В. и др. Разработка конструкции аппарата центробежного улавливания аэрозолей наноразмерного диапазона // Ползуновский вестник. 2013. № 1. С. 156–159.
12. Weiyu Liu, Je Tao, Rue Xue, Chunlei Song et al. Continuous-flow nanoparticle trapping driven by hybrid electrokinetics in microfluidics // Electrophoresis. 2021. Vol. 42. P. 939–949.
13. Кирш А. А., Будыка А. К., Кирш В. А. Фильтрация аэрозолей волокнистыми материалами ФП // Российский химический журнал. 2008. Т. 52. № 5. С. 97–101.
14. Бураков А. Е., Иванова И. В., Буракова Е. А., Ткачев А. Г. и др. Применение углеродных нанотрубок для повышения эффективности работы волокнистых фильтров сверхтонкого обеспыливания газов // Вестник ТГТУ. 2010. Т. 16. № 3. С. 647–649.
15. Макарова Л. Е., Каменских А. П., Трушков Ю. Ю., Караваев Д. М. Наноразмерные частицы пыли и возможность их удаления из воздуха гидрофильтром ЭКОВЕСТА в промышленном объеме // ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19. № 1. С. 7–24.
16. Катнов В. Е., Петрова Е. В., Стенин С. Н., Дресвянников А. С. Гафаров И. Г. Получение ультрадисперсных частиц SiO2 в реакторе ВЧИ-разряда // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 14, стр. 220–222.