Wielofunkcyjny sprzęt ochrony układu oddechowego na bazie włókninowych kompozytów zeolitowych do ochrony przed szkodliwym oddziaływaniem lotnych związków chemicznych w środowisku zagrożonym niedoborem tlenu

Kierownik projektu: dr hab. inż. Agnieszka Brochocka

Streszczenie projektu:

XXI wiek niesie ze sobą wiele zagrożeń wynikających z postępu technologicznego. Problem zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego z uwagi na intensywny rozwój przemysłu i transportu oraz koncentrację źródeł zanieczyszczeń na obszarach miejskich ma coraz większe znaczenie. Dynamiczny rozwój skupisk ludności oraz związana z tym zabudowa infrastruktury komunalnej, jak również intensywny rozwój odnawialnych źródeł energii powodują coraz częstsze problemy związane z negatywnym oddziaływaniem emisji odorów na środowisko. Obecność odorów powoduje dyskomfort psychiczny, podrażnienia dróg oddechowych i oczu. Zastosowane rozwiązania techniczne w postaci środków ochrony zbiorowej, a mianowicie hermetyzacji procesów lub wentylacji miejscowej wyposażonej w odpowiednie filtry powietrza, często są niewystarczające. W takim przypadku środki ochrony układu oddechowego (SOUO) są podstawowym i w wielu przypadkach jedynym środkiem technicznym chroniącym człowieka przed szkodliwym oddziaływaniem tego typu substancji szkodliwych.

Celem projektu było zbadanie możliwości wykorzystania innowacyjnych materiałów funkcjonalnych charakteryzujących się zdolnością pochłaniania substancji niebezpiecznych i toksycznych w postaci par i gazów do budowy sprzętu ochrony układu oddechowego przeznaczonego do stosowania w środowisku zagrożonym niedoborem tlenu.

Opracowano metodę wprowadzania zeolitów mikroporowatych nanosorbentów mineralnych do technologii melt-blown i wytworzono struktury filtracyjne zawierające zeolity oraz przeprowadzono badania weryfikacyjne otrzymanych materiałów funkcjonalnych. Dla wytworzonych wariantów przeprowadzono podstawowe badania w zakresie parametrów ochronnych i użytkowych zgodnie z wymaganiami norm europejskich dotyczących sprzętu ochrony układu oddechowego. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że możliwe jest wprowadzanie nanosorbentów mineralnych, tzw. zeolitów, w strukturę elementarnych włókien polimerowych przy zastosowaniu technologii przyjaznej dla środowiska, tzw. suchej – pneumotermiczne formowanie włókien bezpośrednio ze stopu polimeru i modyfikacja włóknin z ukierunkowaniem na osiągnięcie ich wielofunkcyjności w jednym, zintegrowanym procesie technologicznym.

Przeprowadzono badania właściwości ochronnych i czasu ochronnego działania włókninowych kompozytów zeolitowych i krzemionkowych wobec lotnych związków chemicznych (organicznych i nieorganicznych). W ramach zakresu prac wytworzono zeolit metodą hydrotermicznej syntezy na drodze reakcji popiołu lotnego z wodnym roztworem wodorotlenku sodu. Następnie dla wytworzonych zeolitów oraz mezoporowatych materiałów krzemionkowych przeprowadzono modyfikację bromkiem heksadecylotrimetyloamoniowym (HDTMA) w celu nadania im lepszych właściwości sorpcyjnych. Dla materiałów zeolitowych i krzemionkowych niemodyfikowanych i modyfikowanych HDTMA przeprowadzono badania mineralogiczno-strukturalne w zakresie składu chemicznego, rentgenowskiej analizy fazowej XRD, mikroskopowej oceny właściwości morfologicznych i składu chemicznego w mikroobszarze ziaren głównych składników mineralnych, badania wielkości ziaren i badań teksturalnych. Przeprowadzone badania właściwości ochronnych i użytkowych w zakresie czasu ochronnego działania wytworzonych włókninowych kompozytów zeolitowych i krzemionkowych wykazały, że im wyższa powierzchnia właściwa BET, tym czas reakcji wobec par lotnych związków chemicznych jest dłuższy. W wyniku badań potwierdzono, że opracowany zeolitowo-krzemionkowy materiał kompozytowy techniką melt-blown wykazuje z jednej strony wysoką skuteczność filtracji przy zachowaniu niskich oporów przepływu powietrza, a z drugiej – dobrą zdolność do pochłaniania lotnych związków chemicznych przez długi czas użytkowania.

Podczas realizacji projektu na bazie włókninowych kompozytów zeolitowych i krzemionkowych opracowano model półmaski filtrującej charakteryzującej się pochłanianiem substancji odorowych wyposażonej we wskaźnik tlenu. Przeprowadzono weryfikację opracowanego modelu na podstawie badań laboratoryjnych oraz analizy statycznej wyników badań. Dokonano także badań ergonomicznych pod kątem oceny komfortu użytkowania modelu półmaski filtrującej na wytypowanych stanowiskach pracy. Dodatkowo przeprowadzono analizę porównawczą metod oceny ograniczania nieprzyjemnych zapachów, wykorzystując badania użytkowe na stanowiskach pracy oraz olfaktometryczną metodę oceny oddziaływania zapachowego. Proponowane innowacyjne rozwiązanie w postaci półmaski filtrującej, zgodnie ze standardami międzynarodowymi, pozwoli na poprawę bezpieczeństwa użytkowników w dynamicznie zmieniającym się środowisku pracy. Opracowana półmaska filtrująca charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami ochronnymi i użytkowymi na poziomie skuteczności filtracji 96% i oporów oddychania 147 Pa, co kwalifikuje ją do drugiej klasy ochrony FFP2. Dodatkowo pochłania pary substancji odorowych przez co najmniej 3 godziny oraz informuje użytkownika o obniżeniu się stężenia tlenu pod częścią twarzową.

Projekt III.N.12. Półmaska filtrująca wyposażona we wskaźnik tlenu: (a) – widok z przodu, (b) – widok wewnętrznej strony półmaski

Wyniki projektu przedstawiono w 2 publikacjach w czasopismach o zasięgu międzynarodowym i 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu krajowym, zaprezentowano w referatach na 2 konferencjach międzynarodowych i 6 konferencjach krajowych oraz przedstawiono w 1 materiałach informacyjnych online.

Jednostka: Pracownia Sprzętu Ochrony Układu Oddechowego

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019