इस तरह के 2 के रूप में अपमानजनक इनडोर वायु एकाग्रता (ppb) मॉडल अस्थिर कार्बनिक कार्बन में photocatalysts की प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए एक प्रोटोकॉल propanol वर्णित है ।
हम एक बहुमुखी प्रोटोकॉल प्रदर्शित करने के लिए अपमानजनक इनडोर वायु एकाग्रता (ppb) अस्थिर कार्बनिक कार्बन (VOCs) में photocatalysts की प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया, एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड आधारित उत्प्रेरक के साथ इस illustrating, और VOC 2-propanol । प्रोटोकॉल क्षेत्र असममित आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोस्कोपी (FAIMS) का लाभ लेता है, एक विश्लेषण उपकरण है कि लगातार की पहचान करने में सक्षम है और VOCs की एकाग्रता की निगरानी ऐसे 2 के रूप में-propanol और एसीटोन के स्तर पर । FAIMS की सतत प्रकृति विस्तृत काइनेटिक विश्लेषण की अनुमति देता है, और दीर्घकालिक प्रतिक्रियाओं, गैस क्रोमैटोग्राफी, एक बैच प्रक्रिया परंपरागत रूप से हवा शोधन लक्षण वर्णन में इस्तेमाल पर एक महत्वपूर्ण लाभ की पेशकश की । photocatalytic वायु शोधन में FAIMS का उपयोग ही हाल ही में पहली बार के लिए इस्तेमाल किया गया है, और प्रोटोकॉल के साथ यहां सचित्र, वैकल्पिक VOCs और photocatalysts की अनुमति में लचीलापन की तुलना प्रोटोकॉल का उपयोग कर परीक्षण किया जा एक अनूठा प्रदान करता है कम सांद्रता पर photocatalytic वायु शोधन प्रतिक्रियाओं स्पष्ट करने के लिए सिस्टम ।
इनडोर एयर की क्वालिटी सबसे आगे हाल में आई है । शायद आश्चर्य की बात है, इनडोर हवा अस्थिर कार्बनिक कार्बन (VOCs) की एक बड़ी संख्या में शामिल है, और बाहरी हवा से अधिक सांद्रता में । 1 अपने घर के अंदर के ८०% से अधिक खर्च लोगों के साथ, आवासीय घरों, कार्यस्थलों, और कारों, गाड़ियों, और विमान सहित परिवहन के रूप में स्थानों में, हवा की गुणवत्ता एक वास्तविक मुद्दा हो सकता है । इनडोर हवा में आम VOCs के कई mutagenic या यलो,2,3 और इसलिए इन के हटाने के एक महत्वपूर्ण प्राथमिकता है, खासकर के रूप में ‘ बीमार इमारत सिंड्रोम ‘ की घटनाएं बीमार स्वास्थ्य के लिए नेतृत्व कर सकते है और काम बंद समय के माध्यम से खो उत्पादन . 1 वायु शोधन उपकरणों एक photocatalyst, जहां एक अर्धचालक, हमेशा टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2), यूवी प्रकाश के साथ सक्रिय, एक तस्वीर ऑक्सीकरण प्रक्रिया के माध्यम से VOC नीचा शामिल कर सकते हैं । Photocatalysis, हाइड्रोजन उत्पादन और प्रदूषक क्षरण के लिए जल बंटवारे में आवेदनों के साथ अनुसंधान का एक क्षेत्र बढ़ रहा है4,5,6,7; वायु शुद्धि एक विशेष रूप से सक्रिय इस आवेदन8की वाणिज्यिक व्यवहार्यता के कारण क्षेत्र है । हालांकि, इनडोर हवा (आमतौर पर ppb) में मौजूद सांद्रता पर VOCs का पता लगाना चुनौतीपूर्ण है । Langmuir Hinshelwood कैनेटीक्स9के बाद photocatalytic प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स के साथ, उच्च सांद्रता पर अपमानजनक photocatalyst में VOCs की प्रभावशीलता कम सांद्रता पर अपनी प्रभावशीलता का प्रतिनिधि नहीं है । यहां हम एक बहुमुखी प्रणाली और इस तरह कम सांद्रता में photocatalysts के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन क्षेत्र असममित आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोस्कोपी (FAIMS) का उपयोग कर, एक TiO2 आधारित के साथ यह वर्णन photocatalyst, और मॉडल VOC 2-propanol ।
एक गैस प्रवाह, FAIMS अलग करता है और रासायनिक आयनों वायुमंडलीय दबाव10,11,12पर एक बदलती बिजली के क्षेत्र में अपनी गतिशीलता के आधार पर पहचान करता है । ऐसे VOCs के रूप में एक उच्च प्रोटॉन संबध, के साथ अणुओं को अच्छी तरह से अलग और FAIMS द्वारा पता लगाया जा करने के लिए अनुकूल हैं, अरब प्रति भागों के साथ (ppb) संकल्प, और ppb सांद्रता13पर । लगातार एकाधिक VOCs एक साथ निगरानी में सक्षम है, यह एक आदर्श विश्लेषण के लिए photocatalytic वायु शोधन परीक्षण में उपयोग करते हैं, के रूप में प्रदूषक के रूप में इस्तेमाल किया VOC की निगरानी के अलावा । FAIMS भी मध्यवर्ती या अन्य VOC उत्पादों photocatalytic प्रतिक्रिया से एक उच्च प्रोटॉन अपनत्व के साथ पता लगा सकते हैं, photocatalyst प्रभावी है कि साबित करने में एक महत्वपूर्ण आवश्यकता, के रूप में यदि क्षरण अधूरा है, उत्पादित VOCs के कुछ विषाक्त के रूप में हो सकता है या VOC से अधिक विषाक्त नीचा किया जा रहा है ।
FAIMS ही हाल ही में photocatalytic वायु शुद्धि आवेदन14में पहली बार के लिए इस्तेमाल किया गया है, और यद्यपि FAIMS सुझाव नहीं है गैस क्रोमैटोग्राफी से बेहतर है, यह स्पष्ट रूप से एक बहुमुखी विकल्प है, जो एक शक्तिशाली होने की क्षमता है प्रदान करता है वायु शोधन अध्ययन में उपकरण । यहां हम एक फोटो 2 के ऑक्सीकरण-propanol एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड आधारित photocatalyst के साथ शामिल प्रोटोकॉल के साथ इस तकनीक का वर्णन । इनडोर वायु स्तर सांद्रता permeation ट्यूबों में 2-propanol उत्पंन करने के लिए15इस्तेमाल कर रहे हैं । तरल VOC युक्त एक PTFE ट्यूब से मिलकर, कि सील और दोनों सिरों पर समेटना, एक निरंतर प्रवाह के तहत, VOC सील PTFE permeation ट्यूब के भीतर समाहित एक स्थिर दर पर बाहर फैलाना, इनडोर हवा के लिए तुलनीय सांद्रता पर. इस प्रवाह को तो महसूस युक्त एक प्रतिक्रिया कक्ष में पारित किया है, और फिर FAIMS विश्लेषक, जहां पहचान और VOC के ठहराव निर्धारित कर सकते है में । FAIMS 2 की एकाग्रता की अनुमति देता है-propanol निर्धारित किया जा करने के लिए, और पता VOCs के स्पेक्ट्रा के एक पुस्तकालय के द्वारा, इस तरह के एसीटोन के रूप में तस्वीर की प्रतिक्रिया के दौरान उत्पादित अतिरिक्त VOCs की पहचान पुस्तकालय के साथ उनके स्पेक्ट्रा की तुलना के माध्यम से निर्धारित. इस तकनीक का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी लचीलापन है: बस permeation ट्यूब या उत्प्रेरक, वैकल्पिक VOCs और उत्प्रेरक बदलने से परीक्षण किया जा सकता है ।
प्रोटोकॉल यूवी रोशनी के तहत एक मॉडल VOC, 2-propanol, अपमानजनक में अपने व्यवहार का निर्धारण करके, टाइटेनियम ऑक्साइड आधारित उत्प्रेरक की प्रभावशीलता का निर्धारण करने का एक प्रभावी तरीका का वर्णन । FAIMS का प्रयोग, 2 की राशि-propanol की प्रतिक्रिया में लगातार निगरानी की जा सकती है, किसी भी अंय VOC उत्पादों है कि प्रतिक्रिया में उत्पादन किया जा सकता है के अलावा में, इनडोर हवा के लिए तुलनीय सांद्रता पर । यह निरंतर प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी से काफी अलग है, पारंपरिक रूप से photocatalytic इनडोर वायु शोधन, जो एक बैच प्रक्रिया का उपयोग करता है की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया । एक महंगी, संवेदनशील जीसी/एमएस सिस्टम आम तौर पर इस तरह के कम सांद्रता पर VOCs की एकाग्रता निर्धारित करने के लिए आवश्यक है, और फोटो-ऑक्सीकरण उत्पादों के विस्तृत विश्लेषण आम तौर पर इस तरह के रूप में फोटो ऑक्सीकरण उत्पादों के आगे प्रसंस्करण की आवश्यकता है सक्रिय कार्बन पर adsorbing उत्पादों, और फिर उंहें जन स्पेक्ट्रोमीटर में desorbing । Whilst मास स्पेक्ट्रोमेट्री सभी उत्पादों, FAIMS की एक सीमा का पता लगाने में सक्षम है कि एक उच्च प्रोटॉन संबध के साथ ही उत्पादों का पता लगाया जा सकता है । FAIMS कम एकाग्रता VOCs निर्धारित करने में उत्कृष्ट है, लेकिन उच्च सांद्रता, जो इनडोर हवा स्तर एकाग्रता अनुप्रयोगों के लिए प्रणाली सीमा पर संतृप्त किया जा सकता है । FAIMS के लाभ प्रणाली बनाता है यहां वर्णित एक प्रभावी, सरल उपकरण है कि photocatalytic प्रतिक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते है कि गैस क्रोमैटोग्राफी को प्राप्त करने में सीमित है ।
FAIMS प्रणाली के साथ यहां वर्णित है, चिकित्सा ग्रेड हवा प्रवाह गैस के रूप में प्रयोग किया जाता है । FAIMS प्रणाली के साथ बहुत संवेदनशील जा रहा है, हवा के एक उच्च गुणवत्ता ग्रेड फोटो ऑक्सीकरण का विश्लेषण किया जा करने की अनुमति में महत्वपूर्ण है । यह सुनिश्चित करता है कि किसी भी उत्पाद का पता चला फोटो ऑक्सीकरण प्रक्रिया से हैं । इसी तरह, यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है वहां प्रणाली में कोई रिसाव नहीं है, के रूप में प्रयोगशाला हवा आम तौर पर FAIMS का पता लगाने में सक्षम है सांद्रता पर VOCs होता है । सिस्टम के सेटअप के लिए सूचीबद्ध उपभोग्य सामग्रियों एक विश्वसनीय प्रणाली प्रदान करते हैं, और दिनों की अवधि में लगातार निगरानी कोई पता लगाने VOCs संकेत दिया है जब कोई उत्प्रेरक या permeation ट्यूब मौजूद है ।
Whilst प्रणाली सरल है, यह भी बहुत लचीला है-वैकल्पिक VOCs इस तरह से परीक्षण किया जा सकता है, बस एक permeation टब ऐसे इथेनॉल, एसीटोन, या टोल्यूनि के रूप में वैकल्पिक VOC, युक्त बनाने के द्वारा, और प्रोटोकॉल निंनलिखित । Photocatalytic प्रतिक्रियाओं अक्सर आर्द्रता से प्रभावित होते हैं । यहाँ विकसित प्रणाली कम आर्द्रता के अंतर्गत संचालित होती है; हालांकि परीक्षण उच्च आर्द्रता पर किया जा सकता है प्रणाली में एक humidifier शुरू खरीदने । इस्तेमाल किया VOC के आधार पर, यह FAIMS की संवेदनशीलता में परिणाम कर सकते है कम किया जा रहा है, लेकिन प्रभावी परीक्षण किया जा सकता है । 16
FAIMS की सतत प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी, जो परंपरागत रूप से हवा में photocatalyst प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए प्रयोग किया जाता है पर एक लाभ पर प्रकाश डाला गया । 16 , 17 गैस क्रोमैटोग्राफी हवा के नमूनों को इकट्ठा और विश्लेषित करने के लिए एक बैच प्रक्रिया का उपयोग करता है; FAIMS, अपनी सतत प्रकृति के साथ, photocatalytic प्रतिक्रिया है, जो बैच गैस क्रोमैटोग्राफी तकनीक के साथ व्याख्या करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है की कैनेटीक्स पर एक अधिक विस्तृत देखो की अनुमति देता है । FAIMS की सादगी एक और फायदा है. आदेश में एकाधिक VOCs FAIMS के जटिल विश्लेषण के लिए बाहर ले जाने में सक्षम है, गैस chromatograph एक जन स्पेक्ट्रोमीटर, जो महंगा हो सकता है और अतिरिक्त प्रसंस्करण की आवश्यकता से जोड़ा जा करने के लिए की आवश्यकता होगी । इसके अतिरिक्त, एक गैस chromatograph के साथ दीर्घकालिक प्रतिक्रियाओं बाहर ले जाने के लिए, एक महंगी स्वचालित प्रणाली की आवश्यकता होगी, या श्रम गहन नमूना; FAIMS के साथ यह मामला नहीं है ।
FAIMS की सतत प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी कि इन ppb सांद्रता पर photocatalysis प्रक्रिया की एक बड़ी समझ हासिल करने के लिए उपयोग किया जा सकता है पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है । इसके अलावा, सरल सेटअप यहां सचित्र लचीला है, वैकल्पिक photocatalysts और VOCs की अनुमति के लिए तुलनीय शर्तों के तहत परीक्षण किया, और photocatalytic प्रक्रिया की समझ में सुधार होगा ।
The authors have nothing to disclose.
लेखक ईआरसी से वित्तीय सहायता के लिए आभारी हैं, अनुदान संख्या २५९६१९ फोटो EM और अनुदान संख्या ६२०२९८ फोटो एयर (अवधारणा का सबूत) के तहत ।
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 |