Een protocol voor het bepalen van de effectiviteit van photocatalysts in de binnenlucht concentratie (ppb) model vluchtige organische koolstofatomen vernederende zoals 2-propanol wordt beschreven.
We tonen een veelzijdige protocol moet worden gebruikt voor het bepalen van de effectiviteit van photocatalysts in de binnenlucht concentratie (ppb) vluchtige organische koolstofatomen (VOS), vernederende dit illustreren met een katalysator van de titaandioxide-gebaseerd, en de VOC 2-propanol. Het protocol maakt gebruik van veld asymmetrische ion mobiliteit spectroscopie (FAIMS), een analyse-tool die in staat continu te identificeren en controle op de concentratie van vluchtige organische stoffen zoals 2-propanol en aceton op ppb niveau is. Het ononderbroken karakter van FAIMS kan gedetailleerde kinetische analyse, en op lange termijn bijwerkingen, bieden een aanzienlijke voordeel ten opzichte van gaschromatografie, een batchproces traditioneel gebruikt in karakterisering van de zuivering van de lucht. Het gebruik van FAIMS in fotokatalytische luchtzuivering pas onlangs voor het eerst is gebruikt, en met het protocol hier wordt geïllustreerd, de flexibiliteit bij het toestaan van alternatieve Vos en photocatalysts te worden getest met behulp van vergelijkbare protocollen biedt een unieke systeem te verhelderen fotokatalytische lucht zuivering reacties bij lage concentraties.
De kwaliteit van de binnenlucht is onlangs op de voorgrond gekomen. Binnenlucht bevat misschien verrassend, een groter aantal vluchtige organische koolstofatomen (VOC’s), en in hogere concentraties dan de buitenlucht. 1 met mensen besteden meer dan 80% van hun tijd binnenshuis, in plaatsen zoals residentiële woningen, werkplekken en vervoer met inbegrip van auto’s, treinen en vliegtuigen, kwaliteit van de lucht kan worden een reëel probleem. Veel van de vluchtige organische stoffen in de binnenlucht gemeenschappelijk zijn mutagene of kankerverwekkende,2,3 en de verwijdering van deze is dus een belangrijke prioriteit, vooral als de verschijnselen van ‘sick building syndroom’ tot gezondheidsproblemen en productieverlies via verlof leiden kunnen . 1 air reinigingsapparatuur kunnen bevatten een photocatalyst, waar een halfgeleider, steevast titaandioxide (TiO2), geactiveerd met UV-licht, de VOC via een foto-oxidatie-proces degradeert. Fotokatalyse is een groeiende gebied van onderzoek, met toepassingen in water te splitsen voor waterstofproductie en verontreinigende stoffen afbraak4,5,6,7; luchtzuivering is een bijzonder actief gebied ten gevolge van de commerciële levensvatbaarheid van deze toepassing8. Echter, het opsporen van vluchtige organische stoffen bij concentraties die aanwezig in de binnenlucht (meestal ppb zijn) is uitdagend. Met de kinetiek van de fotokatalytische reactie is volgende Langmuir Hinshelwood kinetiek9, de doeltreffendheid van de photocatalyst op vernederende Vos bij hoge concentraties geen vertegenwoordiger van de doeltreffendheid ervan bij lage concentraties. Hier beschrijven we een veelzijdig systeem en een protocol voor het bepalen van de effectiviteit van photocatalysts bij de vernederende Vos bij dergelijke lage concentraties, met behulp van veld asymmetrische ion mobiliteit spectroscopie (FAIMS), dit illustreren met een TiO2 gebaseerd photocatalyst, en het model VOC 2-propanol.
Een gasstroom-ioniserende, FAIMS scheidt en identificeert chemische ionen op basis van hun mobiliteit onder een wisselende veldsterkte bij atmosferische druk10,11,12. Moleculen met een hoog proton affiniteit, zoals vos zijn zeer geschikt om te worden gescheiden en gedetecteerd door FAIMS, met delen per miljard (ppb) resolutie, en ppb concentraties13. Geschikt voor meerdere Vos gelijktijdig onophoudelijk te controleren, het is een ideale analyse in fotokatalytische luchtzuivering testen, zoals in aanvulling op het toezicht op de VOC gebruikt als verontreinigende stoffen te gebruiken. FAIMS kan ook detecteren tussenproducten of andere VOC-producten met een hoge proton affiniteit uit de fotokatalytische reactie, een basisvereiste om te bewijzen dat de photocatalyst is effectief, als als de degradatie onvolledig is, sommige van de vluchtige organische stoffen geproduceerd kunnen worden als giftig of meer giftig dan de VOC wordt gedegradeerd.
FAIMS pas onlangs is gebruikt voor de eerste keer in fotokatalytische lucht zuivering toepassingen14, en hoewel niet suggereren dat FAIMS is superieur aan gaschromatografie, duidelijk biedt een veelzijdig alternatief, dat de potentie heeft om een krachtige hulpmiddel bij het bestuderen van luchtzuivering. Hier illustreren we deze techniek met een protocol waarbij de foto-oxidatie van 2-propanol met een titanium dioxide gebaseerd photocatalyst. Voor het genereren van 2-propanol op de binnenlucht zijn niveau concentraties permeatie buizen gebruikte15. Bestaande uit een PTFE-buis met de vloeibare VOC, dat is verzegeld en gekruld aan beide uiteinden, onder een constante stroom, diffundeert de VOC deel uitmaakt van de verzegelde permeatie PTFE-buis uit met een constante snelheid, in concentraties die vergelijkbaar is met de binnenlucht. Deze stroom wordt doorgegeven in een cupje van de reactie met het vilt en vervolgens naar de FAIMS-analyzer, waar de identiteit en de kwantificering van de VOC kunnen worden bepaald. FAIMS kunt de concentratie van 2-propanol te bepalen, en via een bibliotheek van spectra van weet Vos, de identiteit van extra Vos geproduceerd tijdens de foto-reactie zoals aceton bepaald door vergelijking van hun spectra met de bibliotheek. Een belangrijk voordeel van deze techniek is de flexibiliteit: door simpelweg het veranderen de permeatie buis of katalysator, alternatieve Vos en katalysatoren kunnen worden getest.
Het protocol beschrijft een effectieve manier voor het bepalen van de effectiviteit van de titanium-oxide gebaseerde katalysator, door het bepalen van haar gedrag in een model VOC, 2-propanol, onder UV-belichting vernederende. Met behulp van FAIMS, kan het bedrag van 2-propanol continu tijdens de reactie, naast alle andere VOC-producten die zou kunnen worden geproduceerd in de reactie, bij concentraties vergelijkbaar met binnenlucht worden gecontroleerd. Deze continue aard verschilt aanzienlijk van gaschromatografie, traditioneel gebruikt voor het bewaken van de fotokatalytische binnenlucht zuivering, die gebruik maakt van een batchproces. Bepaal de concentratie van vluchtige organische stoffen bij dergelijke lage concentraties is over het algemeen een dure, gevoelige GC/MS-systeem vereist, en gedetailleerde analyse van de foto-oxidatie-producten in het algemeen vereist verdere verwerking van de foto-oxidatie-producten, zoals adsorberend producten op actieve kool en desorbing hen vervolgens in de massaspectrometer. Terwijl de Spectrometrie van de massa is het kundig voor speurder van alle producten, is een beperking van FAIMS dat alleen producten met een hoge proton affiniteit kunnen worden gedetecteerd. FAIMS is uitstekend op het vaststellen van de lage concentratie VOC’s, maar bij hogere concentraties, kan worden verzadigd waardoor het systeem binnenlucht niveau concentratie toepassingen beperkt. De voordelen van FAIMS maakt die het systeem hier een effectieve, eenvoudige tool die inzicht in de fotokatalytische reacties die gas chromatografie is beperkt bieden kan bij het bereiken van beschreven.
Met de FAIMS systeem hier beschreven, wordt medische kwaliteit lucht gebruikt als de stroom-gas. Met het FAIMS-systeem wordt zo gevoelig, is een hoge kwaliteit van de lucht van cruciaal belang bij het toestaan van de foto-oxidatie te analyseren. Dit zorgt ervoor dat alle producten gedetecteerd afkomstig van de foto-oxidatie proces zijn. Het is ook van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat er geen lekkage in het systeem, zoals laboratorium lucht doorgaans Vos bij concentraties bevat de FAIMS voor het opsporen van is. De verbruiksartikelen vermeld voor de installatie van het systeem zorgen voor een betrouwbaar systeem, en continu toezicht gedurende een periode van dagen heeft aangegeven geen detecteerbare Vos wanneer geen katalysator of permeatie buis aanwezig is.
Terwijl het systeem eenvoudig is, het is ook zeer flexibel – alternatief Vos worden op deze manier getest kan, door simpelweg het maken van een permeatie tub waarin de alternatieve VOC, zoals ethanol, aceton of tolueen, en naar aanleiding van het protocol. Fotokatalytische reacties zijn vaak beïnvloed door luchtvochtigheid. Het systeem hier ontwikkeld opereert onder lage luchtvochtigheid; maar testen kan worden uitgevoerd op hoger kopen humidities introductie van een luchtbevochtiger in het systeem. Afhankelijk van de VOC gebruikt, kan het resulteren in de gevoeligheid van de FAIMS wordt verminderd, maar effectieve testen kan worden uitgevoerd. 16
Het ononderbroken karakter van FAIMS hoogtepunten een voordeel ten opzichte van gaschromatografie, die traditioneel wordt gebruikt voor het bepalen van de effectiviteit van de photocatalyst in zuiverende lucht. 16 , 17 gaschromatografie gebruikt een batchproces om te verzamelen en analyseren van monsters van de lucht; FAIMS, kunt met de continue aard, u een meer gedetailleerde kijk op de kinetiek van de fotokatalytische reactie, die kan lastig zijn om te interpreteren met de batch gas Chromatografie techniek. De eenvoud van FAIMS is een ander voordeel. Ter vervulling van de complexe analyse van meerdere Vos FAIMS in staat is, de gaschromatograaf moet worden gekoppeld aan een massaspectrometer, die kan worden duurder en vereisen extra verwerking. Voor het uitvoeren van lange termijn reacties met een gaschromatograaf, zou een dure geautomatiseerd systeem bovendien vereist, of arbeid intensieve bemonstering; Dit is niet het geval met FAIMS.
Het ononderbroken karakter van FAIMS biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van gaschromatografie, die kan worden gebruikt om te krijgen een beter begrip van het proces van de fotokatalyse op deze ppb-concentraties. Bovendien is de eenvoudige installatie die hier wordt geïllustreerd is flexibel, zodat alternatieve photocatalysts en vluchtige organische stoffen te beproeven in vergelijkbare omstandigheden, verdere verbetering van het inzicht in het proces van de fotokatalytische.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs zijn dankbaar voor de financiële steun van de Europese Onderzoeksraad, onder subsidie nummer 259619 foto EM en subsidie nummer 620298 foto AIR (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 |