Un protocole pour déterminer l’efficacité des photocatalyseurs dans la dégradation de l’air intérieur concentration (ppb) modèle organiques volatils tels que 2-propanol est décrite.
Nous démontrons un protocole polyvalent à utiliser pour déterminer l’efficacité des photocatalyseurs dans la dégradation de l’air intérieur concentration (ppb) organiques volatils (COV), qui illustre cela avec un catalyseur à base de dioxyde de titane et le propanol-2 COV. Le protocole profite de spectrométrie de mobilité des ions asymétrique de champ (FAIMS), un outil d’analyse qui peut être capable d’identifier et de surveiller la concentration des COV tels que le propanol-2 et de l’acétone au niveau ppb en permanence. La nature continue de FAIMS permet une analyse cinétique détaillée et des réactions à long terme, en offrant un avantage significatif sur la chromatographie en phase gazeuse, un traitement par lots, traditionnellement utilisé dans la caractérisation de purification air. L’utilisation de FAIMS dans la purification d’air photocatalytique a récemment été utilisée pour la première fois, et avec le protocole illustré ici, la souplesse en permettant aux autres COV et photocatalyseurs à tester à l’aide des protocoles comparables offre une unique système d’élucider des réactions de purification air photocatalytique à de faibles concentrations.
La qualité de l’air intérieur est venu récemment au premier plan. Peut-être étonnamment, l’air intérieur contient un plus grand nombre de carbones organiques volatils (COV) et dans des concentrations plus élevées que l’air extérieur. 1 avec les gens de dépenser plus de 80 % de leur temps à l’intérieur, dans des lieux tels que résidences, lieux de travail et le transport y compris voitures, trains et avions, qualité de l’air peut être un vrai problème. Bon nombre des COV dans l’air intérieur sont mutagènes ou carcinogènes,2,3 et donc la suppression de ces constitue une priorité essentielle, surtout que les phénomènes de « syndrome des bâtiments malsains » peuvent conduire à des problèmes de santé et pertes de production par le biais de jours de congé . 1 dispositifs de purification d’air peuvent inclure un PHOTOCATALYSEUR, où un semi-conducteur, invariablement le dioxyde de titane TiO2, activé avec la lumière UV, dégrade la VOC à travers un processus d’oxydation photochimique. La photocatalyse est une zone en pleine expansion de la recherche, avec des applications dans l’eau pour la production d’hydrogène et polluant dégradation4,5,6,7; purification de l’air est une zone particulièrement active en raison de la viabilité commerciale de cette demande8. Toutefois, il est difficile de détection COV à des concentrations qui sont présentes dans l’air intérieur (généralement ppb). Avec la cinétique de la réaction photocatalytique suivant Langmuir Hinshelwood cinétique9, l’efficacité de la photocatalyse à COV dégradants à des concentrations élevées n’est pas représentative de son efficacité à de faibles concentrations. Nous décrivons ici un système polyvalent et un protocole pour déterminer l’efficacité des photocatalyseurs à dégrader des COV à de telles concentrations faibles en utilisant la spectroscopie de mobilité ionique asymétrique champ (FAIMS), illustrant cela avec un TiO2 basé PHOTOCATALYSEUR et le modèle VOC 2-propanol.
Rayonnement ionisant un flux de gaz, FAIMS sépare et identifie des ions chimiques basées sur leur mobilité au titre d’un champ électrique variable à la pression atmosphérique10,11,12. Molécules ayant une affinité élevée protons, tels que les COV sont bien adaptés pour être séparés et détectés par FAIMS, avec parties par milliard (ppb) résolution et à des concentrations de ppb13. Capable de constamment surveiller plusieurs COV en même temps, c’est une analyse idéale à utiliser dans la purification d’air photocatalytique stable, car en plus de surveiller le COV utilisé comme polluant. FAIMS peuvent aussi détecter des intermédiaires ou autres produits de COV avec une affinité élevée protons par la réaction photocatalytique, une exigence clé pour prouver que la photocatalyse est efficace, comme si la dégradation est incomplet, certains des COV produites peuvent être aussi toxiques ou plus toxique que le VOC se dégrade.
FAIMS a récemment été utilisé pour la première fois en photocatalytique air purification demandes14, et bien que ne suggère pas que faims est supérieure à la chromatographie en phase gazeuse, il offre clairement une alternative souple, qui a le potentiel pour être un puissant outil en étudiant la purification de l’air. Ici, nous illustrons cette technique avec un protocole impliquant l’oxydation photochimique de propanol-2 avec un PHOTOCATALYSEUR à base de dioxyde de titane. Pour générer le propanol-2 à l’air intérieur tubes de perméation de niveau de concentration sont utilisés15. Composé d’un tube PTFE contenant du liquid VOC, qui est étanche et serti aux deux extrémités, sous un flux constant, le COV contenus dans le tube scellé de perméation PTFE diffuse dehors à un rythme constant, à des concentrations comparables à l’air intérieur. Ce flux est ensuite passé dans une chambre de réaction contenant le feutre, puis dans l’analyseur FAIMS, où l’identité et la quantification de la VOC peuvent être déterminés. FAIMS permet la concentration de 2-propanol à déterminer et via une bibliothèque de spectres de savoir les COV, l’identité des autres COV produites au cours de la réaction de photo tels que l’acétone, déterminé par la comparaison de leurs spectres avec la bibliothèque. Un avantage majeur de cette technique est sa souplesse : en changeant simplement le tube de perméation ou le catalyseur, remplacement des COV et des catalyseurs peuvent être testés.
Le protocole décrit un moyen efficace de déterminer l’efficacité du catalyseur oxyde à base de titane, en déterminant son comportement dans la dégradation d’un modèle de COV, 2-propanol, sous illumination UV. À l’aide de FAIMS, la quantité de 2-propanol peut être surveillée en continu tout au long de la réaction, en plus de tout autre produit de COV qui peut être produite par la réaction, à des concentrations comparables à l’air intérieur. Ce caractère continu diffère sensiblement de chromatographie en phase gazeuse, traditionnellement utilisé pour surveiller la purification de l’air intérieur photocatalytique, qui utilise un procédé de traitement par lots. Un coûteux système GC/MS sensible est généralement nécessaire pour déterminer la concentration des COV à des concentrations aussi faibles, et une analyse détaillée des produits photo-oxydation nécessite généralement la transformation ultérieure des produits photo-oxydation, tels que adsorption sur charbon actif des produits et ensuite leur désorption dans le spectromètre de masse. Tandis que la spectrométrie de masse est capable de détecter tous les produits, une limitation des FAIMS est que seuls les produits ayant une affinité élevée protons peuvent être détectées. FAIMS est excellent à déterminer la concentration faible COV, mais il peut être saturée à des concentrations plus élevées, ce qui limite le système aux applications de niveau de concentration de l’air intérieur. Les avantages du fait FAIMS que le système décrit ici un outil efficace et simple qui peut fournir un aperçu des réactions photocatalytiques qui chromatographie en phase gazeuse est limitée dans la réalisation.
Avec le système FAIMS décrit ici, air de qualité médicale est utilisé comme le débit du gaz. Avec le système FAIMS étant si sensible, une qualité élevée de l’air est essentielle en permettant la photo-oxydation à analyser. Cela garantit que tous les produits détectés sont du processus d’oxydation photochimique. De même, il est essentiel de s’assurer il n’y a pas de fuite dans le système, comme le laboratoire air contient généralement des COV aux concentrations les FAIMS est capable de détecter. Les consommables énumérés pour la configuration du système fournissent un système fiable et une surveillance continue sur une période de jours n’a indiqué aucun COV détectable lorsque aucun catalyseur ou tube de perméation est présent.
Alors que le système est simple, il est aussi très flexible – alternative COV peut être testé de cette manière, en faisant simplement un baquet de perméation contenant la VOC alternatif, tels que l’éthanol, l’acétone ou le toluène et en suivant le protocole. Les réactions photocatalytiques sont souvent affectées par l’humidité. Le système développé ici fonctionne sous une humidité basse ; mais le test peut être effectué au plus haut taux d’humidité acheter introduire un humidificateur d’air dans le circuit. Selon le COV utilisée, elle peut aboutir à la sensibilité de la FAIMS étant réduit, mais un test efficace peut être réalisée. 16
La nature continue de FAIMS met en évidence un avantage sur la chromatographie en phase gazeuse, qui est traditionnellement utilisée pour déterminer l’efficacité photocatalyst purificateur d’air. 16 , 17 la chromatographie en phase gazeuse utilise un procédé discontinu pour recueillir et analyser des échantillons d’air ; FAIMS, avec son caractère continu, permet un regard plus détaillé sur la cinétique de la réaction photocatalytique, qui peut être difficile d’interpréter avec la technique de chromatographie en phase gazeuse par lots. La simplicité des FAIMS est un autre avantage. Afin de procéder à l’analyse complexe de plusieurs COV FAIMS est capable de, le chromatographe de gaz devra être liée à un spectromètre de masse, qui peut être coûteux et nécessitent un traitement supplémentaire. En outre, pour effectuer des réactions à long terme avec un chromatographe en phase gazeuse, un coûteux système automatisé serait nécessaire, ou du travail d’échantillonnage intensif ; ce n’est pas le cas avec les FAIMS.
La nature continue de FAIMS offre des avantages significatifs sur la chromatographie en phase gazeuse qui peuvent être utilisés pour acquérir une meilleure compréhension du processus de la photocatalyse à ces concentrations de ppb. En outre, la configuration simple illustrée ici est souple, ce qui permet de photocatalyseurs alternatifs et les COV à être testé dans des conditions comparables, améliorer la compréhension du procédé photocatalytique.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs sont reconnaissants pour le soutien financier de l’ERC, en vertu de la concession numéro 259619 PHOTO EM et subvention numéro 620298 PHOTO aérienne (Proof of Concept).
PTFE Tubing | Sigma-Aldrich | 58699 SUPELCO | L x OD x ID 50 ft x 1/8 in x 0063 in |
In-line pressure regulator | Sigma-Aldrich | 23882 SUPELCO | High purity version (outlet pressure 0-100 psi, 1/8 in stainless steel fittings |
Moisture trap | Sigma-Aldrich | N9301193 | 70 ml 1/8 fittings |
Screw Cap HPLC, GL 45 | VWR | 554-3002 | 4 ports complete with silicone seals |
Duran GL 45 Glass Bottle | Scientific Laboratory Supplies | BOT5206 | 250 ml |
Duran GL 45 Glass Bottle | Scientific Laboratory Supplies | BOT5208 | 500 ml |
Permeation tube making kit | Owlstone Nanotechnology | ||
2-propanol | Fisher Scientific | 10477070 | Isopropanol, extra pure, SLR |
Quartzel PCO Felt | Saint Gobain | ||
UVIlite Lamp | UVItec Limited | LI-208BL | |
Swage Fittings | Swagelok | SS-202-1 / SS-200-SET | |
Lonestar Portable Analyzer | Owlstone Nanotechnology |