Научные основы технологии нейтрализации опасных химических и биологических объектов, распространяющихся в атмосфере

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-69-00108

НазваниеНаучные основы технологии нейтрализации опасных химических и биологических объектов, распространяющихся в атмосфере

Руководитель Ворожцов Александр Борисович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №75 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова Наночастицы, дезактивация, дисперсность, аэрозоль, десорбция, металлооксиды, диоксид титана, горение, высокоэнергетические материалы, фотокатализ, газогенератор

Код ГРНТИ87.25.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Высвобождение опасных химических и биологических объектов представляет угрозу не только для населения, но и для окружающей среды. Такие выбросы могут быть как непреднамеренными – промышленные аварии или распространение вирусных аэрозолей, так и в результате преднамеренного распыления в воздухе вредоносных субстанций при террористических действиях. Биологические угрозы усугубляются перманентной модификацией свойств и форм биоагентов. Биологическая опасность таких аэрозолей не вызывает сомнений, а методы борьбы с ними до сих пор недостаточно эффективны. На сегодняшний день отсутствие эффективных технических решений, касающихся достаточно быстрого обезвреживания химически или биологически опасных объектов, обуславливает актуальность заявленных в проекте исследований. В проекте предложена концепция нейтрализации вредных химических веществ фотохимической деградацией в присутствии катализаторов – наночастиц оксидов металлов, путем диспергирования порошков в загрязненной атмосфере автономным газогенератором, источником рабочего тела которого являются высокоэнергетические материалы (ВЭМ). Получающийся смешанный аэрозоль в дальнейшем подвергается ультрафиолетовому облучению для интенсификации реакции фотокатализа. Также в проекте решается задача разработки галогенсодержащих реакционных материалов для обеспечения высокой концентрации галогена в месте задействования (в закрытом помещении или на открытой местности). Основной целью предлагаемого проекта является разработка физико-химических основ технологии нейтрализации десорбцией, каталитическим окислением, галогенной дезактивацией опасных химических и биологических объектов, распространяющихся в атмосфере, путем распыления наночастиц заданного состава газогенераторами на основе ВЭМ. Достижение поставленной цели будет проводиться в рамках междисциплинарных исследований: инженерный подход при разработке технологии быстрого распыления порошкового сорбента/катализатора базируется на исследованиях в областях механики аэрозолей, физики горения и взрыва, материаловедения, химического синтеза и кинетики каталитических реакций. В процессе выполнения проекта предполагается получение новых фундаментальных знаний в перечисленных областях науки. Междисциплинарные теоретические и экспериментальные исследования в проекте призваны обеспечить научные основы технологии устройств быстрой нейтрализации воздействий широкого спектра опасных химических и биологических объектов. С целью создания инструмента для параметрических исследований процесса дезактивации будет разработано программное обеспечение моделирования распространения генерируемого нейтрализатора в атмосфере, десорбции и фотокаталитического разложения отравляющих веществ на поверхности катализатора. При этом будет учитываться состояние реальной атмосферы, дисперсность порошка, а также геометрия струи распыла, формируемая конкретным газогенерирующим устройством. Для дезактивации биоагентов предполагается использовать композиционный термитный порошок, при горении этот материал генерирует биоцидный компонент – йод, способный эффективно дезактивировать аэрозольные микроорганизмы. Разработанные цифровые модели процессов нейтрализации и дезактивации позволят получать адекватные оценки динамики и эффективности воздействия на опасные вещества. Разрабатываемая в рамках проекта научная концепция, технические решения и способы могут получить практическое применение в виде комплексных систем нейтрализации опасных веществ на объектах транспортной и городской инфраструктуры, в местах проведения массовых мероприятий и при обеспечении безопасности промышленных объектов. Потенциальными заказчиками рассматриваются соответствующие службы МЧС и организации, связанные с обеспечением антитеррористической деятельности. Отдельные научно-технические результаты проекта могут быть использованы самостоятельно в химической, нефтехимической и в других специальных технологиях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кудряшова О.Б, Соколов С.Д., Жуков И.А., Ворожцов А.Б. Mathematical Model of the Pulse Generation of Decontaminating Aerosols Materials, Vol. 15, Iss. 22, Article number 8215, 1-13 p. (год публикации - 2022)
10.3390/ma15228215

2. Бондарчук И.С., Перевозкин В.П., Вондарчук С.С., Ворожцов А.Б. Identification of the Kinetic Parameters of Thermal Microorganisms Inactivation Applied Sciences, Vol. 12, Iss. 22, Article number 11505, 1-10 p. (год публикации - 2022)
10.3390/app122211505

3. Борило Л.П., Козик В.В., Ворожцов А.Б., Клименко В.А., Халипова О.С., Агафонов А.В., Кустова Т.П., Краев А.С., Дубкова Я.А. The Low-Temperature Sol-Gel Synthesis of Metal-Oxide Films on Polymer Substrates and the Determination of Their Optical and Dielectric Properties Nanomaterials, Vol. 12, Is. 23, article number 4333 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12234333

4. Кудряшова О.Б., Соколов С.Д., Ворожцов А.Б. Mathematical Model of Propagation of an Aerosol Created by an Impulse Method in Space Materials, Vol. 16, № 16. Art. num. 5701 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16165701

5. Бондарчук И.С., Бондарчук С.С., Ворожцов А.Б., Жуков А.С. Advanced Fitting Method for the Kinetic Analysis of Thermogravimetric Data Molecules, Vol. 28, Is. 1, Art. num. 424 (год публикации - 2023)
10.3390/molecules28010424

6. Гаенко О.И., Конюхов И.Е., Муравлев Е.В., Кудряшова О.Б., Титов С.С., Клименко В.А. Динамика облака дезактивирующего аэрозоля при импульсной генерации Прикладная механика и техническая физика (год публикации - 2024)

7. Гаенко О.И., Муравлев Е.В., Кудряшова О.Б., Клименко В.А. Модельный ряд нейтрализационных аэрозольных распылителей с использованием ВЭМ Технологии безопасности жизнедеятельности (год публикации - 2023)

8. Гаенко О.И., Муравлев Е.В., Конюхов И.Е., Титов С.С., Клименко В.А., Кудряшова О.Б. Бактерицидная активность йодсодержащих нанотермитов Технологии безопасности жизнедеятельности (год публикации - 2023)

9. Ворожцов А.Б., Клименко В.А., Соколов С.Д. Nanotechnologies for neutralization of C- and B- agents Abstract proceedings of XVIII International Workshop on High Energy and Special Materials (HEMs-2023). Sutarwadi, Pune, India, 02-03 November 2023, С. 75-76 (год публикации - 2023)

10. Гаенко О.И., Муравлев Е.В., Конюхов И.Е., Клименко В.А., Титов С.С., Кудряшова О.Б. Bactericidal activity of iodine-containing nanothermits Abstract proceedings of XVIII International Workshop on High Energy and Special Materials (HEMs-2023). Sutarwadi, Pune, India, 02-03 November 2023, С. 190-191 (год публикации - 2023)

11. Гаенко О.И., Муравлев Е.В., Кудряшова О.Б., Клименко В.А. Model range of neutralizing aerosol sprayers using HEMS Abstract proceedings of XVIII International Workshop on High Energy and Special Materials (HEMs-2023). Sutarwadi, Pune, India, 02-03 November 2023, С. 153-154 (год публикации - 2023)

12. Гаенко О.И., Муравлев Е.В., Титов С.С., Клименко В.А., Кудряшова О.Б., Ворожцов А.Б., Марченко Е.С., Кокорев О.В., Соколов С.Д., Нефедов Р.А. Выявления влияния состава йодсодержащих нанотермитных систем MexOy/Al (Me=Cu, Fe, Mo) на нейтрализацию бактериальных спор Известия Высших учебных заведений. Физика (Russian Physics Journal) (год публикации - 2023)

13. Гаенко О.И., Конюхов И.Е., Муравлев Е.В., Кудряшова О.Б., Титов С.С. Распыление дезактивирующих аэрозолей с помощью энергии ВЭМ Всероссийская конференция «Физика взрыва: теория, эксперимент, приложения» : тезисы докладов, 18–21 сентября 2023 г., г. Новосибирск, Россия / Сиб. отд-ние РАН, Ин-т гидродинамики им. М.А. Лаврентьева. – Новосибирск: СО РАН, 2023. – 237 с., С. 221 (год публикации - 2023)
10.53954/9785604990025_221

14. Кудряшова О.Б., Гаенко О.И., Титов С.С., Соколов С.Д. Rapid neutralization of acetone vapors with nanodispersed titanium dioxide aerosol Theoretical Foundations of Chemical Engineering, Т.58, №4 (год публикации - 2024)

15. Соколов С.Д., Кудряшова О.Б., Нефедов Р.А., Ворожцов А.Б. Синтез и исследование свойств нанотермитных систем с биоцидными добавками Вестник Томского государственного университета. Химия, №1(37), с. 29-47 (год публикации - 2025)

16. Кудряшова О.Б., Ворожцов А.Б. Динамика осаждения ультрадисперсного аэрозоля, созданного импульсным способом Письма в журнал технической физики, Т. 50, вып. 24, с.6-8 (год публикации - 2025)

17. Гаенко О.И., Кудряшова О.Б., Титов С.С., Клименко В.А. Влияние условий окружающей среды на эффективность нейтрализации токсичных паров Южно-Сибирский научный вестник, №6 (58), с. 26-33 (год публикации - 2024)

18. Гаенко О.И., Кудряшова О.Б., Титов С.С., Клименко В.А. Экспериментальное исследование нейтрализации модельного химического вещества с помощью ультрадисперсного аэрозоля диоксида титана Сборник аннотаций докладов Всероссийской научной конференции "Неделя науки ФИЗМЕХ" 1 – 5 апреля 2024 года, с. 50 (год публикации - 2024)

19. Гаенко О.И., Муравлев Е.И., Кудряшова О.Б., Титов С.С., Клименко В.А. Стенд для испытаний импульсных генераторов твердофазных аэрозолей Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях (ИАМП–2024): материалы XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, 30 октября - 1 ноября 2024 года / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2024. – 207 с., с. 115-117 (год публикации - 2024)

20. Ворожцов А.Б. Nanotechnologies for High Energy System Abstracts of 14th International High Energy Materials Conference and Exhibits (HENCE 2024), с. 127-128 (год публикации - 2024)

21. Соколов С.Д., Ворожцов А.Б. Синтез и исследование свойств нанотермитных систем с биоцидными добавками Тезисы XVII Всероссийского симпозиума по горению и взрыву, с. 193 (год публикации - 2024)

22. Соколов С.Д., Ворожцов А.Б., Клименко В.А. Нанотехнологии для нейтрализации опасных химических веществ Высокоэнергетические и специальные материалы: антитерроризм, безопасность и гражданское применение : сборник научных трудов XIX Международной конференции «HEMs-2024». 12–14 сентября 2024 года (Томск, Россия). – Томск : Издательство Том- ского государственного университета, 2024. – 132 с., с. 92-94 (год публикации - 2024)

23. Кудряшова О.Б., Гаенко О.И., Титов С.С. Соколов С.Д. Быстрая нейтрализация паров ацетона нанодисперсным аэрозолем диоксида титана Вестник Томского государственного университета. Химия, №34, с.19-28 (год публикации - 2024)
10.17223/24135542/34/2

24. Кудряшова О.Б., Соколов С.Д., Ворожцов А.Б. Эволюция адсорбирующего аэрозоля, генерированного импульсным способом Известия высших учебных заведений. Физика, T. 67, № 7, с. 50-60 (год публикации - 2024)
10.17223/00213411/67/7/6

25. Кудряшова О.Б., Ворожцов А.Б. Динамика осаждения ультрадисперсного аэрозоля, созданного импульсным способом ФизикА.СПб: тезисы докладов международной конференции, 21–25 октября 2024 г. — СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024, с. 70-71 (год публикации - 2024)

26. Гаенко О.И., Кудряшова О.Б., Титов С.С. Исследование фотокаталитической активности различных нанопорошков Материалы докладов IX Всероссийской научно – технической конференции молодых ученых 4 – 6 сентября 2024 года (г. Бийск, Алтайский край), с. 31-33 (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В работе проведена доработка и исследование эффективности конструкций распылителей для создания облака нейтрализующих аэрозолей с целью достижения максимально высокой дисперсности и скорости создания аэрозоля. Разработан и экспериментально исследован пневматический распылитель, основанный на работе сжатого газа, который позволяет диспергировать сотни граммов порошка за относительно небольшое время. Разработана конструкция распылителя, работающего на основе генерации холодного газа за счет энергии высокоэнергетических материалов (ВЭМ). Разработан оригинальный лабораторный стенд позволяющий создать облако аэрозоля TiO2 с дисперсностью частиц от 4 до 10 мкм и максимальной скоростью генерации за доли секунды. Установлено, что скорость создания аэрозоля и высокая дисперсность частиц являются важными условиями для протекания фотокаталитических реакций и адсорбции газов. Проведены испытания каталитических систем на примере адсорбционно-фотокаталитической нейтрализации паров ацетона. Установлено, что влажность и температура оказывают значительное влияние на кинетику фотокаталитического окисления (ФКО) паров органических веществ на частицах TiO₂. Показано, что состав атмосферы оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на кинетику ФКО. Оптимальные условия ФКО для TiO₂ зависят от баланса между температурой и влажностью. Показано, что основная активность TiO₂ в фотокатализе наблюдается в УФ-диапазоне. Удельная поверхность частиц TiO2 существенно влияет на кинетику ФКО паров. Получены результаты экспериментов по темновой адсорбции паров ацетона с помощью распыленных аэрозолей в климатической камере. Показано, что результирующая масса адсорбированных на частицах паров ацетона к концу эксперимента, практически, одинакова для случаев любой влажности от 25 до 90 %. Из анализа экспериментальных данных получены значения параметров модели, описывающей уменьшение концентрации частиц и паров ацетона в воздухе. Проведен аналитический расчет с экстраполяцией по модельным формулам для уменьшения свободной поверхности частиц и увеличения массы адсорбированных на частицах паров ацетона в зависимости от времени. Показано, что распыление TiO2 или ZnO, даже с небольшой концентрацией (0.1 г/м3) позволяет в течение времени до 100 минут полностью нейтрализовать пары ацетона, независимо от влажности среды и наличия освещения. При этом важным условием является достаточно высокая дисперсность аэрозоля, которую обеспечивает импульсный способ распыления. Развита математическая модель эволюции аэрозольного облака, которая в общем виде рассматривает полидисперсный аэрозоль и учитывает процессы осаждения частиц на стенках, гравитационное осаждение, коагуляцию. Получены аналитические зависимости и результаты численных расчетов оценки массы осевших и находящихся в воздухе частиц, изменения дисперсности частиц, суммарной поверхности частиц в воздухе. Численно показано, что скорость вылета частиц из сопла распылителя и геометрия распыла не влияют на формирование нейтрализующего облака аэрозоля при выполнении трех условий: высокая дисперсность частиц, достаточно большой характерный размер помещения и высокая скорость создания первоначального облака частиц, в которых источник аэрозоля можно считать точечным. Дальнейшая эволюция аэрозоля, формирование облака в пространстве не зависит от первоначального импульса распыления, но характеризуется сложным комплексом процессов, которые учтены во взаимосвязи – диффузия, осаждение и коагуляция. Получено выражение для нахождения коэффициента скорости осаждения частиц, которое нелинейно зависит от размера частиц. Получен новый результат о существовании оптимального размера частиц аэрозоля, который позволит частицам оставаться в воздухе максимально долгое время. Предложена математическая модель для описания изменения дисперсности частиц со временем с учетом коагуляции на основе интегро-дифференциальных уравнений Смолуховского. Проведены модельные расчеты для различной интенсивности коагуляции. Определена зависимость уменьшения относительной суммарной площади поверхности частиц от времени с учетом осаждения и коагуляции частиц. Модельные расчеты для аэрозоля TiO2 демонстрируют динамику уменьшения площади поверхности, доступной для адсорбции и химических реакций – нейтрализации молекул токсичного газа. Рассмотрены кинетические модели адсорбционно-фотокаталитических процессов для нейтрализации газофазных загрязнителей. Предложена оптимальная модель дробного порядка, описывающая процессы адсорбции и ФКО, и разработан численный алгоритм для идентификации параметров модели с применением методов оптимизации. Предложен оригинальный алгоритм для идентификации параметров математической модели применительно к проблеме нейтрализации модельного загрязняющего вещества, включающего процессы адсорбции и ФКО опасного химического соединения без заранее заданного ограничения на порядок процесса. Проведено совершенствование технологии получения нанотермитных систем и оценка влияния дисперсности нанопорошков алюминия (nAl) на их свойства. Экспериментально показано, что ручное смешивание нанотермитной смеси на основе алюминия не позволяет достичь высокой степени однородности, что приводит к низким значениям взрывчатых характеристик. Максимальные значения взрывчатых характеристик нанотермитных систем достигаются при использовании частоты УЗВ 40 кГц и продолжительности 30 мин. Получены новые экспериментальные данные об эволюции облака аэрозоля в зависимости от рецептуры и технологии изготовления нанотермитных составов. Установлено, что поведение облака аэрозоля зависит от свойств и методики получения частиц и смесей на их основе, условий окружающей среды и динамики реакции. Разработана математическая модель нейтрализации биологических патогенов под воздействием биоцидсодержащих паров. Разработаны методики численной реализации модели для оценки параметров кинетических уравнений, что позволило детализировать процессы инактивации патогенов в зависимости от внешних условий (температура, влажность). Выполнены экспериментальные исследования с использованием модельного штамма L. casei ATCC 393. Получены кинетические кривые выживания микроорганизмов при воздействии паров йода. На основе экспериментальных данных проведена оптимизация параметров численной модели методом решения обратной задачи. Разработаны рекомендации по генерации и сохранению биоцидсодержащих паров для обеспечения эффективной инактивации опасных биологических патогенов. Проведено количественное сравнение факторов, непосредственно влияющих на эффективность инактивации в зависимости от метода воздействия йода. Показано, что количество молекул йода, поступающих из обогащенной йодом жидкости, сопоставимо с количеством молекул, поступающих из сильно разбавленных паров в воздухе.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году в рамках проекта выполнен полный комплекс работ, направленных на создание научно-технических основ высокоэффективных систем аэрозольной нейтрализации токсичных и опасных веществ. Исследования носили междисциплинарный характер и охватывали весь путь от разработки активных материалов до формулирования инженерных решений и практических методик их применения. Работы делятся на три взаимосвязанных блока: 1. Создание лабораторных образцов и исследовательской базы. Разработаны и изготовлены два типа лабораторных образцов систем аэрозольной нейтрализации: - устройства импульсного распыления сорбционно-каталитических нанопорошков оксидов металлов, обеспечивающие быстрое формирование мелкодисперсного облака с высокой площадью контактной поверхности; - генераторы биоцидного аэрозоля на основе йодосодержащих нанотермитных составов, реализующие принцип мгновенного образования облака паров активного агента. Для их испытаний создан многофункциональный исследовательский стенд, включающий климатическую камеру, средства высокоскоростной видеорегистрации, лазерный анализатор дисперсности и ИК-спектрометр. Такая конфигурация позволила проводить эксперименты в контролируемых условиях, которые по основным параметрам приближены к реальным сценариям применения. 2. Комплексные экспериментальные исследования. На следующем этапе выполнены экспериментальные исследования эффективности нейтрализации различных летучих органических соединений. Рассматривались вещества разных классов, от алифатических углеводородов до хлорированных и кислородсодержащих соединений. В качестве активных компонентов использовались нанопорошки оксидов TiO₂, ZnO, Fe₂O₃, ITO и ATO. Также было рассмотрено термическое поведение биоцидсодержащих нанотермитных систем По результатам экспериментов: - количественно оценена эффективность адсорбции для каждой системы и получены кинетические параметры процесса; - исследована кинетика формирования и распространения аэрозольного облака в открытом пространстве, выделены два режима его развития: инерционный (со скоростью фронта до 360 м/с) и последующий турбулентный режим; - методом термогравиметрического анализа детально изучено термическое поведение нанотермитных систем на основе Al/CuO с биоцидными добавками (йодоформ, оксид цинка), что позволило выделить температурные интервалы ключевых стадий разложения. Полученные данные обеспечили надежную экспериментальную основу для дальнейшего анализа и проектирования. 3. Теоретический анализ и разработка методик. На основе экспериментальных результатов проведен углубленный кинетический анализ процессов разложения нанотермитных систем, определены энергетические и кинетические характеристики отдельных стадий. Параллельно сформированы рекомендации по синтезу фотокаталитических и реакционноспособных биоцидных порошков с заданными свойствами. Отдельным результатом стало формирование связанной научной концепции применения аэрозольных систем для нейтрализации токсичных веществ и инактивации микроорганизмов. На ее основе разработана практическая методика оперативного реагирования, включающая принципы выбора активных материалов, типовых схем размещения генераторов в защищаемом объеме и подходы к оценке эффективности обработки. На основании выполненных работ получены следующие основные научные результаты. -Установлены фундаментальные закономерности в поведении нанотермитных систем. Для составов Al/CuO с добавками йодоформа и оксида цинка определен полный набор кинетических параметров (энергия активации, предэкспоненциальный множитель, эффективный порядок реакции) для отдельных стадий термического разложения. Показано, что введение ZnO приводит к снижению температуры начала реакции до 300-400 °C и может использоваться для управления тепловым режимом. -Получены новые данные по эффективности нанодисперсных сорбентов. Количественно оценена и сопоставлена адсорбционная способность нанопорошков различных оксидов металлов в отношении нескольких классов токсикантов. Показано, что TiO₂ и ZnO обладают наибольшей универсальностью и емкостью, что делает их приоритетными кандидатами для практического применения в системах аэрозольной нейтрализации. -Разработаны и экспериментально подтверждены новые технические решения. Созданы и испытаны лабораторные образцы устройств, реализующих импульсное диспергирование порошков с использованием энергии высокоэнергетических материалов. Показано, что такие системы обеспечивают формирование мелкодисперсного аэрозольного облака за доли секунды, что существенно превосходит традиционные схемы распыления по скорости достижения рабочей концентрации. - Сформирована научно-методическая база для дальнейших исследований и внедрения. Разработана и проверена в эксперименте методика комплексного исследования процессов аэрозольной нейтрализации, включающая единые подходы к планированию экспериментов, обработке данных и оценке эффективности активных материалов. Формализованы технологии синтеза ключевых классов активных порошков и предложена инженерная методика расчета числа и размещения генераторов в защищаемом объеме. Полученные результаты имеют как фундаментальное, так и прикладное значение. С научной точки зрения проект вносит заметный вклад в развитие представлений о кинетике сложных твердофазных реакций в наноструктурированных системах и о закономерностях формирования аэрозольных облаков с заданными свойствами. С прикладной стороны заложена основа для создания перспективных средств обеспечения химической и потенциально биологической безопасности. Перспективы использования результатов охватывают широкий круг задач: -системы экстренного реагирования для нейтрализации опасных веществ и инактивации микроорганизмов в воздухе помещений при авариях или преднамеренных инцидентах. -автоматизированные комплексы безопасности для объектов транспортной инфраструктуры, медицинских учреждений и лабораторий. - средства индивидуальной и коллективной защиты для специализированных подразделений и служб гражданской обороны. Таким образом, в отчетном году план исследований реализован в полном объеме. Получен набор верифицируемых научных и инженерных результатов, который формирует устойчивый задел для перехода к созданию опытно-промышленных образцов и их дальнейшего испытания в условиях, максимально приближенных к реальным. "Ученые ТГУ создали технологии для очистки атмосферы от загрязнителей" https://news.tsu.ru/news/uchenye-tgu-sozdali-tekhnologii-dlya-ochistki-atmosfery-ot-zagryazniteley/?sphrase_id=643864

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта, реализованного в 2022-2025 гг., представляют собой научно-технологический комплекс для оперативной нейтрализации опасных химических и биологических веществ в воздушной среде и замкнутых пространствах. Созданы новые материалы, отработаны физико-математические модели их поведения, разработаны лабораторные образцы импульсных генераторов и методические рекомендации по их применению. Такой уровень проработки позволяет рассматривать технологию не только как предмет фундаментальных исследований, но и как основу для практического внедрения в гражданской, промышленной и санитарно-эпидемиологической сфере. За время выполнения проекта сформирована линейка фотокаталитических и биоцидных порошковых композиций, адаптированных к аэрозольной форме, а также реакционноспособные нанотермитные системы мгновенного действия. Проведенные лабораторные испытания показали возможность быстрого снижения концентрации ряда токсичных химических веществ и инактивации биологических агентов в реалистичных условиях по температуре и влажности. Наличие верифицированных математических моделей генерации и эволюции аэрозольных облаков создает основу для инженерного расчета и привязки решений к конкретным объектам и сценариям применения. С точки зрения гражданской обороны и ликвидации чрезвычайных ситуаций технология ориентирована на оснащение мобильных комплексов МЧС России, войск радиационной, химической и биологической защиты, специализированных подразделений Росгвардии и других силовых структур. Импульсные аэрозольные генераторы, использующие разработанные материалы, позволят в короткие сроки обрабатывать помещения, транспорт, отсеки промышленных установок, участки техногенных аварий, снижая нагрузку на личный состав и сокращая время пребывания людей в зараженной зоне. Подтверждена возможность эффективной обработки объемов порядка нескольких кубических метров одним компактным устройством, что удобно для модульного наращивания системы под конкретный объект. В промышленности ключевым направлением применения являются химически опасные объекты, нефтехимические и фармацевтические производства, склады и логистические узлы хранения токсичных веществ. Технология может использоваться как элемент локальных систем противоаварийной защиты для быстрого подавления выбросов и утечек без применения жидких дегазирующих растворов и без образования значимых вторичных отходов. Наличие математического аппарата для расчета полей концентраций и времени удержания частиц в воздухе дает возможность заранее проектировать схемы размещения генераторов, определять необходимые дозировки и режимы работы, а также интегрировать систему в действующую инфраструктуру промышленных площадок. Отдельное направление связано с санитарно-эпидемиологической защитой и медициной катастроф. Разработанные биоцидные аэрозоли и генераторы могут использоваться для оперативной обработки лечебных учреждений, приемных отделений, транспортных узлов, объектов социальной инфраструктуры при вспышках инфекционных заболеваний, включая новые и модифицированные патогены. Экспериментально в лабораторных условиях подтвержден высокий уровень инактивации модельных вирусов и спорообразующих микроорганизмов, что позволяет рассматривать технологию как дополнение к существующим режимам дезинфекции и барьерной защиты. В перспективе решения этого класса могут быть встроены в автоматизированные комплексы, работающие совместно с системами мониторинга качества воздуха и биологического контроля. Существенное значение имеют возможности импортозамещения и достижения технологического суверенитета. Фотокаталитические порошки, нанотермитные композиции, газогенераторы и конструктивные решения генераторов опираются на отечественную сырьевую базу и российские технологические цепочки. Это снижает зависимость от зарубежных поставок и позволяет сформировать национальные аналоги систем аэрозольной дезактивации и дезинфекции, ранее представленных в основном иностранными производителями. С учетом действующих ограничений на поставку ряда специальных средств на территорию Российской Федерации перспективы импортонезависимости являются важным ресурсом для обеспечения устойчивости гражданской обороны, здравоохранения и промышленной безопасности. С экономической точки зрения сформирован задел для создания новой номенклатуры продукции и услуг. Возможна организация серийного производства одноразовых и многоразовых аэрозольных генераторов различной емкости, а также выпуск стандартных линейных материалов: фотокаталитических и биоцидных порошков, зарядов для газогенераторов, модульных комплектов для интеграции в системы вентиляции, очистки воздуха и противоаварийной защиты. По предварительным оценкам, с учетом потребностей МЧС, Минобороны, Роспотребнадзора, крупных промышленных холдингов и региональных структур здравоохранения, емкость внутреннего рынка может достигать нескольких миллиардов рублей к 2030 г. Дополнительно формируется спрос на услуги по обследованию объектов, моделированию аэрозольных процессов и проектированию систем защиты, что создает новые рабочие места в инженерно-консультационном секторе. Научно-технологический эффект проекта выходит за рамки конкретной технологии нейтрализации. Созданный комплекс моделей, экспериментальных методик и инженерных решений может быть использован при проектировании новых поколений систем очистки воздуха, интегрированных комплексов химической и биологической защиты, интеллектуальных систем мониторинга и реагирования. Разработанные материалы и подходы создают базу для дальнейших исследований в области фотокатализа, высокоэнергетических композиционных материалов, математического моделирования многофазных сред. Это способствует укреплению научных школ и подготовке специалистов в стратегически значимых областях. В совокупности результаты проекта способны обеспечить переход от лабораторных исследований к масштабированию и практическому внедрению в ключевых отраслях, связанных с национальной безопасностью, здравоохранением и промышленной экологией. Технология способствует снижению рисков для населения и персонала, формированию современных средств гражданской обороны, развитию отечественного высокотехнологичного производства и созданию новых рабочих мест, что напрямую отражается на экономическом росте и социальном развитии Российской Федерации.