Старшеклассники московской школы №2065 создали альтернативу кислородному баллону для пожарных. Это легкий регенеративный патрон — новый класс пожаро- и взрывобезопасных регенеративных патронов на основе пероксокомплексов Ti(IV) на поверхности наночастиц оксида титана в полиакрилатной матрице с нанооксидом марганца в качестве катализатора.
Старшеклассники московской школы №2065
Старшеклассники московской школы №2065
Работа пожарных — одна из самых опасных. Им приходится находиться в сильно задымленных помещениях, где нечем дышать. Выручают кислородные баллоны, но у них есть два недостатка: они тяжелые, и кислорода в них хватает лишь на десять минут.
Сейчас для обывателей выпускается «самоспасатель» с регенеративным патроном, в котором кислород выделяется из пероксидов щелочных металлов. Они не образуют комплексных соединений, поэтому неустойчивы, а еще в таком устройстве нельзя законсервировать много кислорода — это взрывоопасно. Ученики медицинского и инженерного классов школы №2065 под руководством учителя химии и члена добровольной пожарной команды, кандидата химических наук Любови Оболенской синтезировали новый состав, который и уменьшает вес конструкции, и продлевает время использования кислорода.
Изобретение уже оценили профессионалы. «Спасатели в основном используют аппараты открытого типа — баллоны, которые действительно очень тяжелы. Если ребята добились того, чтобы реагент перестал реагировать на воду и повышать температуру кислорода,— это прорыв. Когда проект протестируют и одобрят, его смогут взять на вооружение пожарные части, а нам останется только гордиться школьниками, которые в таком юном возрасте создают полезные и социально значимые проекты»,— сказал спасатель и руководитель Тверского областного регионального отделения Всероссийского студенческого корпуса спасателей Андрей Кудашов.
«Вода составу заведомо не страшна, да и тепло не выделяется»,— утверждает руководитель проекта Любовь Оболенская. Пероксокомплексы титана (IV) (источник кислорода) находятся в матрице из наноразмерного диоксида титана, а он устойчив к воде. В качестве примера можно вспомнить краску — титановые белила.
Так как скорость, с которой кислород поступает,— один из важных факторов, ребята добавили в запускаемую по щелчку капсулу специальный катализатор, диоксид марганца, и щелочь — химические вещества ускоряют реакцию, и кислород вырабатывается намного быстрее. А в качестве реагента для регенеративного патрона старшеклассники решили использовать более устойчивые и невзрывоопасные пероксокомплексы титана, что в 20 раз уменьшает вес баллона, то есть с 12 кг до 500 г. Есть и еще один плюс: новые комплексные соединения не боятся высоких температур и солнечного света, а ярко-желтый цвет точно укажет на годность устройства.
Весь проект юные исследователи создавали в стенах школы, благо что школьное лабораторное оборудование это позволяет. Модель корпуса патрона напечатали на 3D-принтере, на спектрофотометре изучили свойства пероксидов, на сканирующем зондовом микроскопе — микроморфологию нанообъектов.
С помощью датчиков кислорода и рH охарактеризовали состав, а датчиком объема газа определили, что объем кислорода равен 340 мл. Именно этот показатель и повлиял на уменьшение веса прибора до 500 г.
Таким образом, авторы проекта решили сразу четыре проблемы: увеличили в баллоне количество кислорода, скорость его доставки, снизили вес оборудования и продлили срок годности прибора. И еще на одно полезное качество указал научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН, кандидат биологических наук Азат Абдуллатыпов: «Проект научный, совсем не детский, хотя над ним работают школьники. Всего за полгода достигнут такой высокий результат. Меня удивило еще, что для создания модели использовали не АБС-пластик, а полилактид — биоразлагаемый пластик из молочной кислоты. Благодаря чему корпусы патронов биоразлагаемые, что не создаст проблем при их утилизации — плюс балл за ответственность».
Стоит напомнить, что это не первый общественно полезный проект учеников Любови Оболенской. Они уже разработали дрон с «сенсорным носом», который находит тлеющие торфяники, синтезировали наносостав для тушения пожаров, средство от ожогов, инновационный состав для очистки воды. Эти проекты заняли призовые места на научных конференциях.