פרוטוקול והיעילות של photocatalysts משפילים אוויר מקורה ריכוז (ppb) דגם פחמנים אורגניים נדיפים כגון 2-פרופנול מתואר.
נדגים פרוטוקול רב-תכליתי שישמש עבור והיעילות של photocatalysts משפילים אוויר מקורה ריכוז (ppb) נדיפים אורגניים פחמנים (Voc), הממחישות את זה עם זרז טיטניום דו-חמצני מבוסס, VOC את 2-פרופנול. הפרוטוקול מנצל שדה יון אסימטרי ניידות ספקטרוסקופיה (FAIMS), כלי ניתוח כי הוא מסוגל באופן רציף זיהוי וניטור ריכוז Voc כגון 2-פרופנול אצטון ברמה ppb. הטבע רציף של FAIMS מאפשר ניתוח מפורט קינטי, תגובות לטווח ארוך, מציע יתרון משמעותי על פני גז כרומטוגרפיה, תהליך אצווה משמשת גם אפיון טיהור אוויר. השימוש FAIMS טיהור אוויר photocatalytic שימש רק לאחרונה בפעם הראשונה, עם פרוטוקול מאויר כאן, הגמישות לאפשר חלופי Voc, photocatalysts להיבדק באמצעות פרוטוקולי דומות מציע ייחודי מערכת התירי תגובות טיהור אוויר photocatalytic בריכוזים נמוכים.
איכות אוויר מקורה הגיע לחזית לאחרונה. אולי באופן מפתיע, אוויר מקורה מכיל מספר רב יותר של פחמנים אורגניים נדיפים (Voc), בריכוזים גבוהים יותר מאשר אוויר חיצונית. 1 עם אנשים לבזבז יותר מ 80% מהזמן שלהם בתוך הבית, במקומות כמו בתי מגורים, מקומות עבודה, תחבורה כולל מכוניות, רכבות ומטוסים, איכות האוויר יכול להיות בעיה אמיתית. רבים Voc שכיחה בקרב אוויר מקורה הם מוטגניות או מסרטנים,2,3 , אז ההסרה של אלה הוא בעדיפות מפתח, בעיקר כי התופעה של “תסמונת הבניין החולה” יכול להוביל בריאות לקויה וייצור לאיבוד דרך חופש מהעבודה . 1 מכשירי טיהור אוויר יכול לכלול photocatalyst, איפה מוליך למחצה, תמיד טיטניום דו-חמצני (TiO2), מופעל עם אור UV, מבזה את VOC באמצעות תהליך צילום-חמצון. Photocatalysis הקבלה הוא אזור גדל והולך של מחקרים, עם יישומים במים פיצול עבור הפקת מימן ו מזהמים השפלה4,5,6,7; טיהור אויר הוא אזור פעיל במיוחד בשל הכדאיות המסחרית של יישום זה8. עם זאת, זיהוי Voc בריכוזים הקיימים באוויר מקורה (בדרך כלל ppb) הוא מאתגר. עם קינטיקה התגובה photocatalytic הבאים לאנגמיור Hinshelwood קינטיקה9, האפקטיביות של photocatalyst-Voc משפילים בריכוזים גבוהים הוא לא נציג של האפקטיביות שלה בריכוזים נמוכים. כאן נתאר מערכת רב-תכליתית ונוהל והיעילות של photocatalysts ב משפיל Voc בריכוזים נמוכים כזה באמצעות שדה יון אסימטרי ניידות ספקטרוסקופיה (FAIMS), הממחישות את זה עם טיו2 מבוסס photocatalyst, מודל VOC 2-פרופנול.
FAIMS מייננת זרם הגז, שמפריד ומזהה יונים כימית בהתבסס על ניידותו תחת שדה חשמלי משתנה הלחץ האטמוספרי10,11,12. מולקולות עם משיכה פרוטונים גבוה, כגון Voc מתאימים היטב להיות מופרדים, שזוהה על-ידי FAIMS, עם חלקים לכל רזולוציה (ppb) מיליארד, ועל ריכוזי ppb13. מסוגל ניטור רציף Voc מרובים בו זמנית, זה ניתוח אידיאלי לשימוש בטיהור אויר photocatalytic בדיקות, כמו תוספת פיקוח על VOC משמש מזהמים. FAIMS יכול לזהות גם intermediates או מוצרים אחרים VOC עם משיכה פרוטונים גבוה מן התגובה photocatalytic, דרישה מרכזית להוכיח כי photocatalyst הוא יעיל, כמו אם ההשפלה אינו שלם, ייתכן שחלק Voc המיוצר רעילים או רעילים יותר מאשר VOC להיות מושפל.
FAIMS רק לאחרונה שימש לראשונה יישומים טיהור אוויר photocatalytic14, אמנם לא מציע ש-FAIMS עדיפה גז כרומטוגרפיה, בבירור ומציע חלופה רב-תכליתי, שבו יש את הפוטנציאל להיות חזק כלי בלימוד טיהור אויר. כאן אנו ממחישים טכניקה זו עם פרוטוקול המערבים צילום-החמצון של 2-פרופנול עם photocatalyst טיטניום דו-חמצני מבוסס. ליצור 2-פרופנול באוויר מקורה ריכוזי ברמת הסתננות צינורות הם משומשים15. המורכב צינור PTFE המכיל את VOC נוזלי, אטום, crimped בשני קצותיו, תחת זרם קבוע, VOC הכלול בתוך הצינור הסתננות PTFE אטום מפזרת בקצב קבוע, בריכוזים להשוות אוויר מקורה. זרם זה ואז מועברת לתא התגובה המכיל שהמשטח ולאחר מכן לתוך במנתח FAIMS, שבו ניתן לקבוע את זהותו ואת כימות VOC. FAIMS מאפשרת הריכוז של 2-פרופנול שייקבע, ועל דרך ספריה של ספקטרום של יודע Voc, הזהות של Voc נוספים המיוצרים במהלך התגובה צילום כגון אצטון נקבע באמצעות השוואה של ספקטרה שלהם עם הספריה. יתרון מפתח של טכניקה זו היא הגמישות שלה: פשוט על ידי שינוי של הסתננות צינור או זרז, אלטרנטיבית Voc, זרזים יכול להיבדק.
הפרוטוקול מתאר דרך יעילה והיעילות של הזרז המבוסס על תחמוצת טיטניום, על-ידי קביעת אופן הפעולה שלו משפילים מודל VOC, 2-פרופנול, בתאורה UV. שימוש FAIMS, הסכום של 2-פרופנול ניתן לנטר באופן רציף לאורך התגובה, בנוסף מוצרים VOC נוספים אשר ניתן לייצרו ב התגובה, בריכוזים להשוות אוויר מקורה. זה הטבע רציף משתנה באופן משמעותי מגז כרומטוגרפיה, משמשת כדי לפקח על טיהור אוויר מקורה photocatalytic, אשר משתמשת תהליך אצווה. מערכת GC/MS יקר, רגישים בדרך כלל נדרש כדי לקבוע ריכוז Voc בריכוזים נמוכים כל כך ולאחר ניתוח מפורט של מוצרי צילום-חמצון בדרך כלל דורש עיבוד נוסף של המוצרים צילום-חמצון, כגון adsorbing מוצרים על גבי פחם פעיל, ואז desorbing אותם לתוך ספקטרומטר מסה. בעוד ספקטרומטר מסה הוא יכול לזהות את כל המוצרים, מגבלה של FAIMS הוא רק מוצרים בעלי זיקה גבוהה פרוטון יכול להתגלות. FAIMS מצוינים על קביעת ריכוז נמוך Voc, אבל יכול להיות רווי בריכוזים גבוהים, אשר מגביל את המערכת אוויר מקורה רמת ריכוז יישומים. היתרונות של FAIMS גורם שלמערכת המתוארים כאן כלי יעיל, פשוט זה יכול לספק תובנות תגובות photocatalytic גז כרומטוגרפיה מוגבל בהשגת.
עם מערכת FAIMS המתוארים כאן, יש לזה סיווג רפואי אוויר משמש את זרימת הגז. עם מערכת FAIMS כל כך רגישה, ציון איכות גבוהה של אוויר חיוני לאפשר צילום-חמצון להיות מנותח. פעולה זו מבטיחה כי כל המוצרים שאותרו הם של תהליך צילום-החמצון. באופן דומה, זה קריטי כדי להבטיח יש זליגת למערכת, כפי אוויר המעבדה מכילה בדרך כלל Voc בריכוזים FAIMS היא מסוגלת לאתר. מתכלים המפורטים עבור ההתקנה של המערכת לספק מערכת אמינה, ניטור רציף על פני תקופה של ימים שבשירות לא Voc לזיהוי כאשר אין זרז או צינור הסתננות קיים.
בעוד המערכת היא פשוטה, זה גם מאוד גמיש – ניתן לבחון את החלופה Voc בדרך זו, פשוט על ידי ביצוע אמבט הסתננות המכיל את VOC חלופיים, כגון אתנול, אצטון או טולואן, ובעקבות הפרוטוקול. תגובות Photocatalytic מושפעים לעיתים קרובות לחות. המערכת שפותחה כאן פועלת תחת לחות נמוכה; אולם בדיקה יכול להתבצע ב גבוה יותר humidities לקנות החדרת מכשיר לחות לתוך המערכת. בהתאם VOC בשימוש, זה יכול לגרום הרגישות של FAIMS כיסנו, אך בדיקות יעיל יכול להתבצע. 16
הטבע רציף של FAIMS מדגיש יתרון על גז כרומטוגרפיה, אשר באופן מסורתי משמש כדי לקבוע את היעילות photocatalyst מטהר אוויר. 16 , 17 גז כרומטוגרפיה משתמש תהליך אצווה כדי לאסוף ולנתח דגימות אוויר; FAIMS, עם טבעו רציפה, מאפשר מבט מפורט יותר קינטיקה של התגובה photocatalytic, אשר עשויה להיות מאתגרת לפרש עם טכניקה גז כרומטוגרפיה אצווה. הפשטות של FAIMS היא יתרון נוסף. על מנת לבצע ניתוח מורכב של מספר Voc FAIMS הוא מסוגל, שמוצאים צריך להיות מקושר ספקטרומטר מסה, אשר יכול להיות יקר דורשים עיבוד נוסף. בנוסף, כדי לבצע את תגובות לטווח ארוך עם שמוצאים, מערכת אוטומטית יקר יהיה נדרש, או עבודה אינטנסיבית דגימה; . זה לא המקרה עם FAIMS…
הטבע רציף של FAIMS מציע יתרונות רבים על פני גז כרומטוגרפיה, זה יכול להיות מנוצל כדי להשיג הבנה טובה יותר של תהליך photocatalysis הקבלה בריכוזים אלה ppb. יתר על כן, ההתקנה פשוטה מאויר כאן הוא גמיש, המאפשר photocatalysts חלופי Voc להיבדק בתנאים דומים, ושיפור ההבנה של תהליך photocatalytic.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים כי התמיכה הכלכלית של ERC, תחת גרנט מספר EM צילום 259619 ומספר גרנט צילום 620298 אוויר (הוכחה של המושג).
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 |