Борьба с формальдегидом в воздухе помещений

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Борьба с формальдегидом в воздухе помещений

Дегтярь М.А. 1
1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"
Самойловская Р.В. 1
1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Родители решили обновить мебель в квартире и купили новый диван. Красивый и уютный. По вечерам я удобно устраивались на нем со своими мягкими игрушками. Но я начала замечать, что при нахождении на диване у меня появляется кашель, становится труднее дышать, и слезятся глаза. Я - аллергик, поэтому на очередном осмотре у аллерголога рассказала ей о своих симптомах. Выяснив, что у нас появилась новая мебель, врач предположила, что у меня возникла реакция организма на материалы, из которых изготовлен диван, так как до покупки таких проблем не было. Аллерголог рассказала, что часто новая мебель является источником вредного вещества - формальдегида. И посоветовала мне ограничить контакты с диваном, пока он новый, а так же почаще проветривать помещение. Легко сказать ограничить контакты! Диван такой уютный! Поэтому я решила выяснить, что такое формальдегид, как он влияет на организм человека, а также исследовать методы борьбы с формальдегидом в воздухе помещения.

Актуальность работы: так как люди большую часть времени проводят в помещениях с мебелью, важно чтобы воздух в них оставался чистым и пригодным для дыхания, а не являлся источником вредностей и аллергенов, особенно в холодное время года, когда помещения проветриваются реже, чем в теплое.

Цель работы: очистить воздух помещения от формальдегида.

Для достижения цели я поставила перед собой следующие задачи:

  1. Выяснить, что такое формальдегид и как он влияет на организм человека; 2. Исследовать методы очистки воздуха от формальдегида и выбрать наиболее подходящий для домашнего применения; 3. Провести эксперимент по очистке воздуха от формальдегида выбранным способом; 4. Создать переносную компактную установку для очистки воздуха от формальдегида.

Гипотеза: самостоятельно сконструированная установка способна снижать концентрацию формальдегида в воздухе помещения.

1 . Обзор литературы (теоретическая часть)

1.1 Что такое формальдегид

Изучая литературу по данной теме, я выяснила, что формальдегид – бесцветный газ с резким неприятным запахом. Хорошо растворяется в воде. Водный раствор формальдегида называется формалином. Химическая формула - . Другое название формальдегида – муравьиный альдегид, от латинского слова formica – «муравей». Был впервые получен в 1859 году российским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым [4].

Формальдегид – универсальный газ, у него есть уникальные способности легко вступать в химические реакции, образовывая новые вещества, а так же хорошо растворяться в жидкостях. Эти ценные свойства позволяют использовать газ в самых разных отраслях промышленности: при изготовлении синтетических смол и пластмасс; для синтеза лекарственных веществ и красителей; для дубления кож и обработки тканей; как дезинфицирующее, антисептические и дезодорирующее средство в медицине; в деревообработке, и даже в парфюмерной и косметической промышленности [6]. Получается, что люди постоянно взаимодействуют с формальдегидом во многих отраслях жизни, даже не подозревая об этом.

Кроме того, я узнала, что формальдегид содержится в уличном воздухе крупных и промышленных городов, так как он постоянно поступает в атмосферу от выхлопных газов автомобилей и производственных выбросов заводов, а также от пожаров на городских свалках. Особенно много его накапливается в воздухе в безветренные дни.

1.2 Влияние формальдегида на организм человека

Раз человек все время контактирует с формальдегидом, вдыхая его пары из воздуха и мебели, соприкасаясь с кожей через поверхности предметов и косметику, употребляя внутрь с лекарствами, то я решила разобраться, как формальдегид влияет на организм человека? Средневековый ученый и философ Парацельс очень давно произнес одну умную фразу, которая дошла до нас через века и которую я часто слышу от мамы: ««Всё — лекарство, и всё — яд, вопрос только в дозах». То есть, даже если какое-то вещество очень токсичное и ядовитое, то его малые дозы могут быть безопасны для организма. А отравиться можно и конфетами, если съесть их очень много.

Поэтому, для каждого вещества, с которым взаимодействует человек в жизни, определена опасная и безопасная доза, или концентрация этого вещества. Она называется предельно допустимой концентрацией, или ПДК. ПДК веществ приведены в специальной нормативной литературе [2]. Согласно [2] ПДК – это максимальная концентрация вещества в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека еще не способна вызывать ухудшения самочувствия или развитие заболеваний. Для удобства оценки действия на человека различают два вида ПДК:

- максимально разовая ПДКмр – это такая концентрация вещества, при воздействии которой в течение 20-30 минут, человек не ощущает резкого ухудшения самочувствия, а в организме не происходит изменений, приводящих к развитию заболеваний.

- среднесуточная ПДКсс - это такая концентрация вещества, при воздействии которой в течение суток, человек не ощущает ухудшения самочувствия, а в организме не происходит изменений, приводящих к развитию заболеваний.

Согласно [2] для формальдегида = 0,05 мг/м3; ПДКсс = 0,01 мг/м3. Если концентрация формальдегида С не превышает ПДК (С<ПДК), то формальдегид для человека не представляет опасности. Именно в таких безопасных концентрациях он должен присутствовать в воздухе и материалах, которые нас окружают. Но если на человека начинают действовать бОльшие концентрации формальдегида, то этот газ начинает оказывать раздражающе-отравляющее и канцерогенное воздействие на организм, которое сопровождается такими симптомами, как: головная боль, раздражение глаз, сонливость, слабость, нарушение сна, затрудненность дыхания, сухой кашель, частая зевота, тошнота. У астматиков и аллергиков возможны бронхоспазмы. При длительном воздействии начинается развитие раковых опухолей. Кстати, эти симптомы знакомы многим курильщикам сигарет. Если же концентрация формальдегида в воздухе превысит 9 мг/м3 (С>9 мг/м3), то человек получит отравление, которое сопровождается одышкой, нарушением координации, сильным кашлем до рвоты, помутнением сознания, судорогами, обмороком [1].

1.3 Известные способы снижения концентрации формальдегида в воздухе

Я узнала, что на сегодняшний день описано несколько способов снижения концентрации формальдегида в воздухе.

1. Проветривание: это самый доступный и бесплатный способ улучшения качества воздуха помещений, в которых есть окна. Регулярное поступление в помещение наружного воздуха позволяет достигнуть гигиенических норм внутреннего воздуха при проветривании в течение 15-20 мин каждые 2 часа ежедневно [3]. Это самый легкий способ и он хорошо подходит для сельской местности и малых городов, но в мегаполисах у него есть недостатки: 1. В промышленном городе, которым является и Челябинск, качество наружного воздуха иногда может быть настолько плохим, что Министерство экологии регулярно выпускает рекомендации не открывать окна в период НМУ (неблагоприятных метеоусловий). 2. Люди отказываются от регулярных проветриваний, если окна выходят на оживленные дороги. В таком случае шумовое загрязнение (постоянный громкий шум и гул) не позволяет надолго открывать окна. 3. Если на улице холодно или ветрено, то такое проветривание сильно выхолаживает помещение. Особенно это ощущается осенью, когда в домах еще не запущено центральное отопление. Тогда каждое открытие окна можно считать подвигом. 4. Я не знаю ни одного человека, который бы регулярно проветривал помещение в соответствии с рекомендациями [3]. По моим наблюдениям люди проветривают помещение только тогда, когда в нем появляются неприятные запахи или становится душно.

2. Разведение комнатных растений, хорошо поглощающих формальдегид:я узнала, что существуют растения, которые способны поглощать из воздуха не только углекислый газ, но и формальдегид. Ученые в лабораторных условиях доказали, что хорошо поглощают формальдегид следующие растения: филодендрон, хлорофитум, плющ, нефролепис, драцена и другие (всего около 50 видов). Но есть один нюанс. Подсчитано, что для очистки воздуха от формальдегида требуется примерно 100 растений на каждые 9 м2 площади помещения [3]. Значит, в нашу гостиную площадью 18 м2 надо поместить не менее 200 горшков с цветами!!! Боюсь, что такой вариант очистки воздуха мне не подходит.

3. Поглощение формальдегида аДсорбентами:адсорбенты –это твердые порошкообразные вещества с очень мелкими частичками. Они хорошо поглощают газы своей развитой поверхностью. В жизни мы часто сталкиваемся с ними при отравлениях и кишечных инфекциях. Хорошим примером адсорбентов являются активированный уголь и «Полисорб». Кроме того активированным углем покрывают поверхность воздушных фильтров автомобилей и кондиционеров, так как он хорошо задерживает неприятные запахи.

4.Поглощение формальдегида аБсорбентами:абсорбенты – жидкости, поглощающие вредные газы объемом и преобразующие их в новые безопасные соединения. Самым простым абсорбентом является вода. Она хорошо растворяет в себе газы из воздуха и дополнительно задерживает воздушную пыль. Но есть недостаток: вода быстро загрязняется, ее надо менять. Еще в стоячей воде быстро размножаются вредные микроорганизмы, а воздух после обработки может ими заражаться.

5. Озонирование воздуха: озон О3 – одна из форм кислорода, которая химически активна и легко вступает в реакции с облучаемыми веществами. Если обработать формальдегидный воздух озоном, то формальдегид разложится на углекислый газ СО2, воду Н2О и чистый кислород О2 – абсолютно безвредные вещества. Такой метод используется в дорогостоящих очистителях воздуха.

Вывод: так как формальдегид очень вреден для человека, с ним необходимо бороться, особенно дома. Все рассмотренные способы борьбы с формальдегидом применяются в жизни, но для домашнего применения, по моему мнению, лучше всего подходят проветривание, хотя у него есть недостатки, и адсорбция. Эти способы наиболее простые, дешевые и безопасные. Но так как проветривание не всегда возможно использовать при плохом качестве уличного воздуха, далее в работе я рассмотрю применение метода адсорбции на примере самостоятельно сконструированной установки для очистки воздуха от формальдегида, которую легко может изготовить даже ребенок.

2. Методы исследования (экспериментальная часть)

В качестве методов достижения цели в своем исследовании я использовала наблюдение, эксперимент и обобщение полученных результатов эксперимента. Для наблюдения и регистрации результатов эксперимента мне понадобился бытовой детектор газов, который измеряет концентрацию формальдегида, СО2, пылевых частиц в воздухе. В качестве адсорбентов использованы засыпки: порошок активированного угля, диоксид кремния («Полисорб»), цеолит в форме песка.

2.1 Исходные данные для исследования

Для того, чтобы понять, повышена ли концентрация формальдегида в воздухе у дивана, я измерила ее детектором формальдегида. Прибор показал, что С = 0,179 мг/м3, то есть концентрация формальдегида в воздухе оказалась в 3,6 раз больше ПДКмр, и в 18 раз больше ПДКсс. Вот это да! Теперь я понимаю, почему мне становилось плохо на диване. Попробую снизить концентрацию формальдегида, применив метод адсорбции.

2.2 Подготовка к эксперименту:

конструирование установки для очистки воздуха

Для того, чтобы исследовать метод адсорбции формальдегида из воздуха, сначала необходимо сконструировать установку, которая должна выполнять следующие действия:

1. нагнетать формальдегидный воздух внутрь корпуса и удалять очищенный воздух из установки: для этих целей решили использовать осевые вентиляторы для охлаждения компьютеров;

2. очищать воздух от формальдегида, т.е. снижать его концентрацию до безопасных значений, а в идеале до 0. Для этих целей необходимо изготовить фильтр, в который можно поместить адсорбирующую засыпку.

 

Исходные детали и вещества:

  • пластиковый контейнер с крышкой;

  • вентиляторы охлаждения – 2 шт;

  • пластиковый уголок;

  • салфетки из нетканого полотна – 6 шт;

  • блок питания;

  • батарейки АА - 8 шт;

  • блоки для батареек на 4 места – 2 шт;

  • адсорбенты (активированный уголь, цеолит, Полисорб).

 

Рис. 1 Исходные детали и вещества

Корпус установки - пластиковый контейнер, в котором с противоположных сторон вырезали отверстия и прикрутили вентиляторы для всасывания воздуха внутрь. Чтобы установка была мобильной и, в случае необходимости, независимой от розеток, на корпусе закрепили 2 блока для батареек. Также предусмотрели блок питания для включения установки в электросеть.

Затем изготовили фильтры из нетканых салфеток. Из них склеили карманы, заложили в них засыпки, закрыли карманы и закрепили края скрепками. Всего изготовили 3 кармана: один с активированным углем, второй – с Полисорбом, третий – с цеолитом.

Чтобы засыпки внутри фильтров не оседали вниз, расположили фильтры горизонтально над вентиляторами, чтобы воздух через фильтр проходил снизу вверх. Для установки фильтра к корпусу приклеили строительный уголок с четырех сторон. Чтобы карман не провисал вниз, его положили на металлическую сетку с крупными ячейками. В крышке контейнера прорезали четыре отверстия для выхода воздуха.

Готовая установка изображена на рисунке 2, фильтры с засыпками – на рисунке 3.

 

Рис. 3 Фильтры с засыпками

Рис. 2 Установка готова

2.3 Эксперимент №1: выявление лучшего адсорбента

Я решила, что адсорбент будет признан лучшим для очистки воздуха от формальдегида, если эффективность очистки, т.е. разность между концентрациями формальдегида в воздухе на входе и выходе из установки, будет наибольшей.

Цель эксперимента: экспериментально определить, какой адсорбент лучше очищает воздух от формальдегида; Приборы и материалы: фильтры с активированным углем, «Полисорбом» (диоксидом кремния), цеолитовым песком; сконструированная установка; детектор формальдегида; влажные бруски ДСП.

Ход эксперимента: я последовательно устанавливала фильтр-карманы в установку, включала ее, замеряла детектором концентрацию формальдегида в воздухе до и после фильтра. Эти действия производились с каждым типом засыпки. Для увеличения уровня формальдегида в воздухе около установки рядом с вентиляторами я положила влажные брусочки ДСП. Результаты замеров представлены в таблице 1.

Вывод: в результате эксперимента №1 эффективнее всего очистил воздух цеолит. Он позволил максимально снизить концентрацию формальдегида в воздухе на 0,046 мг/м3 и практически достичь уровня ПДКсс = 0,01 мг/м3. Активированный уголь проявил себя не так хорошо, хотя тоже снизил концентрацию формальдегида на 0,029 мг/м3. Хуже всего себя показал Полисорб. Он незначительно понизил концентрацию формальдегида (на 0,006 мг/м3), кроме того он сильно пылил при испытании. Лучшим адсорбентом я считаю цеолит.

Таблица 1. Результаты испытаний адсорбирующих засыпок

Засыпка –

адсорбент

Начальная концентрация формальдегида Снач, мг/м3

Конечная концентрация формальдегида Скон, мг/м3

Снижение

концентрации

С=Снач-Скон, мг/м3

активир. уголь

0,059

0,030

0,029

Полисорб

0,053

0,006

цеолит

0,013

0,046

2.4 Эксперимент №2:

проверка эффективности работы цеолитовой установки

Итак, теперь я знаю, что цеолит является самым эффективным среди доступных для домашнего использования веществ, которые могут адсорбировать формальдегид из воздуха. Но мне интересно, справится ли моя цеолитовая установка с очисткой воздуха в комнате, в которой стоит диван, и с которым мне рекомендовали «ограничить контакты».

Исходные данные: комната площадью 18,5 м2, высотой 3м. Перед экспериментом помещение не проветривалось 12 часов. В комнате находится диван, выделяющий формальдегид. Окна и двери в комнату плотно закрыты, чтобы избежать перетоков воздуха. Цель эксперимента: добиться снижения концентрации формальдегида в воздухе около дивана, в идеале до ПДКсс или ниже.

Приборы и материалы: установка с цеолитовым фильтром, детектор формальдегида.

Ход эксперимента:

1. мы замерили начальную концентрацию формальдегида в воздухе у дивана в 3х точках на высоте 90 см (примерно на этой высоте располагается мое лицо, когда я сижу на диване). Она составила Снач = 0,127 мг/м3 и превышает ПДКсс;

2. затем расположили установку с цеолитовым фильтром в центре комнаты на стуле, включили ее в сеть, и стали отслеживать изменение концентрации формальдегида в воздухе у дивана каждые 15 мин с помощью датчика формальдегида. Эксперимент начали в 12:30, закончили в 15:15 после того, как замеры показали, что концентрация формальдегида снизилась до ПДКсс и перестала меняться. Результаты измерений представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Уровень формальдегида в воздухе у дивана при работе цеолитовой установки

Время

Концентрация формальдегида в воздухе у дивана, мг/м3

точка 1

(левый край)

точка 2

(середина)

точка 3

(правый край)

средняя

концентрация

12:30

0,127

0,127

0,126

0,127

12:45

0,121

0,119

0,124

0,121

13:00

0,116

0,109

0,105

0,110

13:15

0,082

0,075

0,079

0,079

13:30

0,054

0,061

0,065

0,060

13:45

0,036

0,028

0,028

0,031

14:00

0,022

0,026

0,019

0,022

14:15

0,018

0,016

0,018

0,017

14:30

0,018

0,017

0,016

0,017

14:45

0,015

0,013

0,016

0,015

15:00

0,015

0,015

0,014

0,015

15:15

0,012

0,013

0,013

0,013

Вывод: В результате эксперимента №2 оказалось, что за 2 часа 45 минут, которые работала установка в закрытой комнате, средняя концентрация формальдегида в воздухе у дивана снизилась на 0,114 мг/м3 и стала равна 0,013 мг/м3, что практически равняется ПДКсс. Значит, моя установка с цеолитовым фильтром действительно может снижать концентрацию формальдегида в воздухе! Гипотеза подтверждена.

2.5 Эксперимент №3: измерение уровня формальдегида в воздухе

у дивана в течение одного месяца

Цель эксперимента: исследовать, как меняется концентрация формальдегида в воздухе у дивана со временем естественным образом. Приборы и материалы: диван; детектор формальдегида.

Ход эксперимента: в течение месяца со 2 по 30 сентября 2023 г. каждые 2 дня я замеряла уровень формальдегида в воздухе у дивана и результаты измерений заносила в таблицу 3. В это время мы периодически проветривали помещение (но редко, так как на улице было холодно) и практически никогда не закрывали двери в комнату.

Вывод: месяц спустя могу сделать вывод, что за это время формальдегид из дивана выветрился и его концентрация в воздухе составила 0,011 мг/м3 против 0,179 мг/м3 в начале измерений. Значит, мой любимый диван стал безопасным, и теперь я могу проводить на нем столько времени, сколько хочу!

Таблица 3. Содержание формальдегида в воздухе гостиной около дивана

Дата снятия показаний

Концентрация формальдегида в воздухе

концентрация С, мг/м3

ПДКмр/ПДКсс, мг/м3

примечания

02.09.2023

0,179

0,05/0,01

Концентрация высокая, ощущается резкий запах мебели

04.09.2023

0,171

06.09.2023

0,157

08.09.2023

0,145

10.09.2023

0,109

Концентрация повышенная, ощущается слабый запах мебели

12.09.2023

0,106

14.09.2023

0,074

16.09.2023

0,074

18.09.2023

0,071

20.09.2023

0,051

Концентрация снизилась до ПДКмр, запах мебели не ощущается

22.09.2023

0,038

Концентрация ниже, чем ПДКмр, запах мебели не ощущается

24.09.2023

0,034

26.09.2023

0,026

28.09.2023

0,013

Концентрация снизилась до ПДКсс, запах мебели не ощущается

30.09.2023

0,011

3. Результаты и обсуждение

Итак, проведенные эксперименты и их результаты позволили мне убедиться, что, хотя формальдегид является опасным для здоровья человека газом, с ним можно эффективно бороться в домашних условиях. Очистка воздуха от формальдегида дома может понадобиться после ремонта или покупки новой мебели.

Эксперименты №1 и №2 показали, что из подручных материалов любому человеку под силу сделать простую и дешевую установку для очистки воздуха от формальдегида. А лучшей фильтрующей засыпкой для нее является цеолитовый песок, который в быту используют для купания шиншилл и дегу. Использовать установку с цеолитовым фильтром можно постоянно, пока концентрация формальдегида в воздухе не снизится до безопасных для здоровья значений.

Эксперимент №3 показал, что новая мебель со временем выветривается, и концентрация формальдегида в воздухе уменьшается самостоятельно и без дополнительных действий. Но на это в моем случае потребовался целый месяц, а установка позволила справиться с формальдегидом в воздухе гораздо быстрее. Поэтому считаю, что мое исследование актуально и практически значимо.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование позволило мне сделать главные выводы:

1. Самым лучшим адсорбентом из исследуемых веществ оказался цеолит;

2. Подтверждена гипотеза о том, что самостоятельно сконструированная установка способна очищать воздух от формальдегида;

3. Работа носит практический характер, так как результаты моего небольшого исследования могут помочь в очистке воздуха от формальдегида в помещениях с новой мебелью и свежим ремонтом.

4. Концентрация формальдегида в мебели со временем снижается до безопасных для здоровья значений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Лужников Е.А. Клиническая токсикология: Учебник для вузов / Е.А. Лужников – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1994. – 256 с.: илл.;

  2. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» Издание официальное. – М.: изд. Стандартинформ, 2022. – 469 с.;

  3. СанПиН 2.1.2.2645-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях" Издание официальное. – М.: изд. Стандартинформ, 2011. – 36 с.;

  4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. /Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – 640 с.: илл.;

  5. Васильева А. Даже сотни будет мало. /А. Васильева // «Сколько растений нужно для очистки воздуха в комнате?». - https://siriusmag.ru/articles/1401-daze-sotni-budet-malo-skolko-rastenij-nuzno-dla-ocistki-vozduha-v-komn/;

  6. Википедия. Формальдегид. - https://ru.wikipedia.org/wiki/.

Просмотров работы: 68