XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Борьба с формальдегидом в воздухе помещений

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дегтярь М.А. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Самойловская Р.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

200.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

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

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

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/.