Opracowanie metody detekcji aerozoli nanoobiektów na stanowiskach pracy z wykorzystaniem czujników jonizacyjnych

Kierownik projektu: dr inż. Tomasz Jankowski

Streszczenie projektu:

Celem projektu było zweryfikowanie możliwości detekcji aerozoli nanoobiektów na stanowiskach pracy za pomocą czujników jonizacyjnych oraz opracowanie niskokosztowego detektora z wykorzystaniem technologii stosowanych w czujkach dymu ze źródłem radioaktywnym.

W ramach realizacji 2. etapu projektu opracowano prototyp detektora realizującego pomiar stężenia nanoobiektów w strumieniu aerozolu za pomocą technologii stosowanych w czujkach dymu.

W ramach realizacji 3. etapu projektu sporządzono dokumentację techniczną i konstrukcyjną detektora z uwzględnieniem możliwości produkcji przy wykorzystaniu technik szybkiego prototypowania.

Opracowano prototyp detektora realizującego pomiar stężenia nanoobiektów w strumieniu aerozolu (rysunek poniżej). Urządzenie wykorzystuje zmodyfikowaną przez właściwego producenta jonizacyjną czujkę dymu do pomiaru stężenia nanoobiektów w powietrzu. Czujka zawiera źródło promieniowania. Wariant prototypu urządzenia składa się z dwóch dróg powietrznych – pierwszej dla powietrza przefiltrowanego przez wysokoskuteczny filtr (poziom odniesienia) i drugiej dla powietrza zawierającego nanoobiekty. Urządzenie wyposażone jest również w impaktor, mający za zadanie usunąć ze strumienia aerozolu cząstki większe od 350 nm ze skutecznością 50% dla przepływu, jaki jest w stanie zapewnić pompa, wynikającego z charakterystyki i budowy układu.

Poprawność działania prototypu jonizacyjnego detektora aerozoli nanoobiektów w zmiennych parametrach środowiskowych została przetestowana w warunkach rzeczywistych w:

1. laboratorium zajmującym się nanotechnologiami,
2. zakładzie przemysłowym, w którym występuje możliwość emisji aerozoli nanoobiektów.

Przeprowadzono również pomiary odporności i stabilności termicznej detektora.

a)

b)

Projekt II.PB.21. Zależność korelacyjna stężenia liczbowego nanocząstek od różnicy sygnałów wyjściowych detektora ‒ a) oraz prototyp detektora aerozoli nanoobiektów podczas badań w zakładzie przemysłowym ‒ b)

Badania potwierdziły, że detektor aerozoli nanoobiektów jest urządzeniem wykrywającym nanoobiekty oraz ich agregaty i aglomeraty (NOAA) w powietrzu i mierzącym ich stężenie (po odpowiedniej kalibracji) w zakresie 10 000 – 400 000 cząstek/cm³. Na podstawie pomiarów oraz dolnych granic zakresów pomiarowych urządzeń (miernika referencyjnego MINI-WRAS to 3000 cząstek/cm³, a prototypu detektora to 45 mV) sporządzono zależność stężenia liczbowego cząstek (MINI-WRAS) od różnicy sygnałów wyjściowych prototypu detektora (rysunek poniżej). Korelacja w tym przypadku jest silna. Krzywa najlepszego dopasowania jest krzywą drugiego stopnia i została wybrana, ze względu na lepsze odwzorowanie zarówno bardzo niskich, jak i bardzo wysokich stężeń liczbowych. Charakteryzowała się również większym współczynnikiem korelacji niż krzywa liniowa.

Odporność i działanie detektora na zmienną temperaturę zostało zweryfikowane w komorze klimatycznej. Badaniu poddano urządzenie w rosnącej temperaturze powietrza otoczenia w zakresie od 10 do 40°C. Zalecany zakres pracy detektora to 18–40°C, co również jest spójne z zakresami prac poszczególnych komponentów, z których jest zbudowany detektor.

Do detektora aerozoli nanoobiektów sporządzona została dokumentacja techniczna i konstrukcyjna, zawierająca najważniejsze informacje o działaniu oraz obsłudze urządzenia. Dokumentacja podaje instrukcje bezpiecznego użytkowania urządzenia w kwestii bezpieczeństwa ogólnego, związanego z pracą ze źródłem promieniowania oraz bezpieczeństwa elektrycznego. Zawiera dane i parametry techniczne pracy detektora oraz spis i prezentację części niezbędnych do złożenia urządzenia. Prezentuje budowę zarówno wewnętrzną detektora na schematach: blokowym, rozmieszczenia urządzeń oraz P&ID, jak i zewnętrzną, przybliżając użytkownikowi obsługę urządzenia.

W Urzędzie Patentowym RP złożono wniosek o udzielenie patentu na wynalazek pt. Jonizacyjny detektor nanoobiektów w powietrzu (nr zgłoszenia P.443 201).

Zasadę i możliwości działania prototypu jonizacyjnego detektora aerozoli nanoobiektów zaprezentowano na targach branżowych wśród producentów i dystrybutorów sprzętu i wyposażenia służącego bezpieczeństwu, ochronie zdrowia i pracy oraz profesjonalistów z branży BHP.

W ramach projektu opracowano materiały informacyjne pn. Stosowanie detektora do pomiaru stężenia nanoobiektów w powietrzu. Materiały te zawierają informację nt. zagrożenia związanego z emisją nanoobiektów, ich aglomeratów i agregatów (NOAA) z procesów technologicznych oraz rozwojem metod badań wykorzystywanych do określania stężenia drobnych aerozoli in situ i online. Materiały informacyjne zostały zweryfikowane na 2 seminariach dla osób reprezentujących użytkowników nanomateriałów w MŚP oraz w przedsiębiorstwach będących członkami Forum Liderów Bezpiecznej Pracy, producentów i pracowników służb eksploatacyjnych w przemyśle chemicznym, wysokiej technologii, energetycznego oraz sektora nauki, pracowników Państwowej Inspekcji Pracy, Państwowej Inspekcji Sanitarnej, Wojewódzkich i Powiatowych Stacji Sanitarno-Epidemiologicznych oraz Ogólnopolskiego Stowarzyszenia Pracowników Służby Bezpieczeństwa i Higieny Pracy.

Wyniki 2. i 3. etapu projektu przedstawiono w 3 publikacjach naukowych oraz zaprezentowano na 2 konferencjach międzynarodowych (w formie referatu i plakatu) i 1 sympozjum krajowym, a także upowszechniano na 18 szkoleniach w formie wykładów.

Jednostka: Pracownia Aerozoli, Filtracji i Wentylacji

Okres realizacji: 01.01.2020 – 31.12.2022