Алексеев И.С., Миклис Н.И., Дорошенко И.А.

УО «Витебский государственный технологический университет»

Cвойства  фотокаталитических нанопокрытий TiO2 для обезвреживания воздуха от вредных химических веществ

Цель исследования: определить способность нанопокрытий TiO2 обезвреживать и дезодорировать воздух от паров органических растворителей.

Установлено, что при ультрафиолетовом (УФ) облучении TiO2 абсорбция фотона с энергией больше, чем ширина запрещенной зоны, приводит к образованию пары «электрон-дырка», которая называется  «экситоном».

Электрон и дырка - достаточно подвижные образования и, двигаясь в частице полупроводника, часть из них рекомбинирует, а часть выходит на поверхность и захватывается ею. Схематически происходящие процессы показаны на рисунке 1 [1]:

Принцип фотокаталитических очистителей воздуха

Рисунок 1 - Схема фотокатализа

Таким образом инициирование фотокаталитического окисления можно представить: TiO2 + hν →e-  + h+

При наличии паров воды в воздухе возможны следующие реакции, приводящие к образованию гидроксильных и пероксидных радикалов:

Ti4+…ОН-  + e-  + h+→ Ti3 +ОН∙; Ti3+ + О2→ Ti4 +О2- → Ti4… О2-;

 Ti4+…О2 + Н2О→ Ti4 …ОН-    +    НО2 ∙

Дырки также способны  образовывать свободные радикалы по реакциям с водой или адсорбированными на поверхности катализатора органическими соединениями [2]:

Н2O + h+→ ОН∙ +Н+ ; RН + h+→ R∙ +Н+

При отсутствии воды активные частицы образуются при взаимодействии органических соединений и дырок и помощи следующих реакций и приводят к образованию О2-     , О3-    О-     и атомарного кислорода [3]:

O2 + e-   → О2-; О2-    + h+→2О; О+ e- → О-; О-     + O2 → О3-  

Продукты фотокаталитического окисления для многих органических соединений идентичны продуктам их радикально цепного окисления. Поэтому можно предположить, что реакции продолжения цепи  и превращения свободных радикалов при фотокаталитическом окислении   аналогичны хорошо изученным реакциям радикально цепного окисления.

Газовохроматографическое измерение концентраций этилацетата, ацетона, толуола, ксилола, бутилацетата, гексана в воздухе рабочей зоны

   Использованные материалы:

– Опытные образцы стекол с нанопокрытием из диоксида титана.

– Камера из стекла с покрытием из диоксида титана объемом 0,025 м3.

– Ультрафиолетовая лампа (УФ лампа) мощностью 10 Вт.

– Стандартная смесь химических веществ для хроматографии ХЧ (гексан, ацетон, этилацетат, бензол, толуол, бутилацетат, м-ксилол).

   Исследования проводились согласно:

– Санитарных норм, правил и гигиенических нормативов N 240 от 31.12.2008 «Перечень регламентированных в воздухе рабочей зоны вредных веществ»;

­– Инструкции 4.1.11-11.33.2003 «Газовохроматографическое измерение концентраций этилацетата, ацетона, толуола, ксилола в воздухе рабочей зоны»;

           Применяемое оборудование: Газовый хроматограф Тип СИ цвет 800 с ПИД.

Методика опыта

1. Для создания исходных концентраций загрязнителей в герметичной камере разбрызгивали 0,1 или 0,25 см3 химических веществ для хроматографии.

 2. Проводили эксперимент в герметичной камере без предварительного облучения стекол УФ лампой (опыт № 1); при облучении стекол и камеры УФ лампой в течение всего эксперимента (опыт № 2) (таблица 1).

Таблица 1 – Концентрация (мг/м3) и запах (баллы) химических веществ

Опыт

Экспозиция

Химические вещества

Гексан

Ацетон

Этил

Ацетат

Бензол

Толуол

Бутил

ацетат

М-ксилол

Запах

№ 1

До экспе-

римента

126,1

116,5

155,5

111,3

311,7

332,9

310,9

5

1 ч

56,3

51,3

62,1

59,9

128,1

128,3

118,1

5

1,5 ч

43,6

38,5

44,9

39,3

69,9

76,7

85,9

4

№ 2

До экспе-

римента

255,04

262,6

329,1

209,5

614,6

605,2

610,9

5

1 ч

73,4

73,2

89,7

58,9

174,3

149,4

150,7

3

1,5 ч

37,1

38,9

41,7

33,1

99,3

86,3

87,9

1

№ 2

До экспе-

римента

34,6

31,1

47,9

27,2

86,3

74,8

73,2

5

1 ч

8,6

10,8

18,9

16,3

18,3

8,8

9,5

3

1,5 ч

6,3

12,1

8,3

6,3

17,03

14,04

6,8

1

 

 Выводы: при непрерывном облучении УФ лампой опытных поверхностей с нанопокрытием из диоксида титана концентрация гексана, ацетона, этилацетата, бензола, толуола, бутилацетата и м-ксилола снижается в среднем в 2 раза быстрее, чем без предварительного облучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Опытные поверхности с нанопокрытием из диоксида титана при непрерывном облучении их ультрафиолетовой лампой обладают способностью обезвреживать воздух от вредных химических веществ.

Список использованных источников

1. Савинов, Е.Н. Фотокаталитические методы очистки воды и воздуха / Е.Н. Савинов // Соросовский обр. журн. – 2000. – Т.6.- №11.-С.52-56.

 2. Воронцов, А.В. Гетерогенная фотокаталитическая окислительная деструкция углеродсодержащих соединений на чистом и платинированном диоксиде титана / А.В. Воронцов – Автореф дисс…д.х.н., Новосибирск, 2009.

3. Механизм фотокаталитического окисления угарного газа  (Эл.  ресурс) / сайт компании Аэролайф. Москва, 2012 – Режим доступа: http://www.airlife.ru. Дата доступа  -  9.12. 2012г