PIOGGE ACIDE
L' emissione nociva di Ossidi di azoto ( NO e NO2 ), può causare vari problemi ambientali e sanitari.
Essa contribuisce alla formazione delle piogge acide, al decadimento delle particelle atmosferiche e di altre varie altre sostanze tossiche causando problemi di salute, riduzione di visibilità e surriscaldamento globale.
Uno dei risultati di spicco a riguardo della pericolosità delle emissioni del NOx è la formazione di ozono troposferico, che è prodotto nella reazione di NOx con composti organici volatili (VOC) in presenza di luce solare.
Quando formata, essa provoca effetti negativi, come danni al tessuto polmonare e riduzione della funzione polmonare.
È un dato significativo nazionale per cui milioni di italiani vivono in aree che non soddisfano i requisiti sanitari per l'ozono.
Le fonti primarie di NOx sono:
Queste fonte primarie di emissioni comprendono:
- Circolazione veicolare stradale inquinante
- Generazione di energia elettrica (elettrodotti)
- Attrezzature industriali (non stradali)
- La combustione di combustibili fossili (caldaie a gasolio e stufe a legna)
- Processi industriali e vari
- Incendi boschivi e di altro
- Discariche di rifiuti
- Uso di solventi stradali
- Uso di fertilizzanti
- Stock di materiale organico
- Polveri stradali e micropolveri
- Altre fonti.
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| Figure 1: EPA data on NOx Emission Sources 1992 |
Ci sono diversi metodi convenzionali per affrontare le emissioni di NOx,
che comprendono:
1 - la prevenzione dell'inquinamento (ad esempio ottimizzazione dei processi di combustione, la progettazione della riduzione del traffico nei PGT, il progetto di interramento dei futuri elettrodotti nei PGT)
2 - la rimozione di inquinamento, come ad esempio l'eliminazione di NOx da impianti di lavaggio e la riduzione catalitica selettiva, la modifica delle V.A.S. (Valutazioni ambientali Strategiche nei PGT, la riduzione del traffico viario inquinante, l'interramento di elettrodotti, e la dismissione di discariche a cielo aperto.
Tuttavia, vi è ancora una significativa necessità urgente:
sviluppare nuovi metodi di rimozione dall'atmosfera di NOx, è un importante sfida ambientale del 21 ° secolo.
Per gli ultimi 20 anni, il metodo maggiormente usato per rimuovere le sostanze inquinanti pericolose è stato quello dell'ossidazione fotocatalitica (PCO = Photo Catalytic Obsidation) una delle più avanzate nanotecnologie innovative ambientali.
Il PCO può fornire un interessante alternativa ai metodi più convenzionali, unendo sia la sua elevata fuzionalità (Proprietà autopulente) che gli ottimi benefici ambientali derivati.
Questo progetto sperimentale è stato focalizzato sulla valutazione dell'efficienza di NO2 e l'efficienza dell'auto-pulizia dei rivestimenti con il metodo HCS in condizioni ambientali simulate
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METODO SPERIMENTALE SEGUITO
Esperimento di rimozione del Nox (Ossido di azoto).
DESCRIZIONE DELL'ESPERIMENTO:
Un apparato sperimentale composto da reattore un sigillato, una bombola di gas NO2, un cilindro di aria, una lampada UV, un controller di umidità, dei regolatori di flusso di massa, e un analizzatore NO2 è stato predisposto per il progetto sperimentale.
Le superfici in vetro rivestite con prodotto HCS sono state utilizzate per valutare i benefici ambientali del rivestimenti in condizioni ambientali simulate.
Due serie di esperimenti sono stati eseguiti per determinare la forza di conversione del rivestimento HCS. La prima serie aveva una concentrazione iniziale di NO2 di ~ 480ppb, imitando ambiente industriale / urbano gravemente inquinati.
La seconda serie aveva un concentrazione iniziale di NO2 di ~ 240ppb, emulando un ambiente con minore inquinamento.
I campioni sono stati analizzati sia sotto raggi UV e al buio, per eliminare gli artefatti sperimentali relativi in NO2 adsorbimento delle superfici reattore.
La concentrazione di NO2 è stata misurata con NOx analizzatore, che utilizzato il metodo chemiluminescente.
I flussi di gas compresso in bombole con miscela di Aria sintetica e NO2 sono stati controllati da un Controller di massa (MFC).
Siccome il vapore acqueo è sempre presente in atmosfera, la miscela di aria e NO2 è stata umidificata passando parte dell'aria sintetica delle bombole di aria compressa attraverso un gorgogliatore d'acqua.
L'umidità relativa dell'aria è stata controllata variando il flusso di aria secca e umida.
La conseguente umidità è stata misurata con una sonda di umidità ( Vaisala HMP50 sonda di umidità ) posizionata a valle.
L'umidità relativa misurata era approssimativamente del 50 % e la portata di gas totale attraverso il reattore era di 110 sccm ( standard Centimetri cubi al minuto ).
Il vetrino rivestito dal prodotto + è stato collocato all'interno di un reattore sigillato ed esposto a entrambi NO2/air miscela umidificata e luce UV.
Le lampade UV ( nero luce F15T8 e GE Company) utilizzate in tutti gli esperimenti previsti davano una radiazione di UV-A (chiamato anche "luce nera ") con una lunghezza d'onda massima di 360 nm.
L'intensità delle luci UV è stata misurata a 0,94 mW.
Le conversioni NO2 sono state continuamente misurate dall'analizzatore di NOx ( Modello 200E, Teledyne API Ltd) e registrato sul disco rigido del computer attraverso il programma di acquisizione dati.
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| Figure 2: Schematic illustration of the photoreactor used for removal of NO2 | by TiO2 | photocatalysis. |
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| Figure 3 : Experimental setup detailing the key parts of the lab scale gas feeding and reaction system. |
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| Figure 4: The MFC control unit and NOx | Analyzer |
**************english translation
EXPERIMENTAL SETUP
NOx removal experiment
An experimental setup consisting of sealed reactor, NO2 gas cylinder, air cylinder, UV lamp, humidity control, mass flow controllers, and NOx analyzer has been designed for the project. The glass surfaces coated with the product have been used to evaluate the environmental benefits of the coatings under simulated environmental conditions. Two sets of experiments were performed to determine the conversion strength of the HCS coating. The first set had an initial concentration of NO2 of ~480ppb, mimicking severely polluted industrial/urban environment. The second set had an
initial concentration of NO2 of ~240ppb, emulating an environment with lower pollution. The samples were tested under both UV radiation and dark conditions, to eliminate the experimental artifacts related to NO2 adsorption of the reactor surfaces. The NO2 concentration was measured by NOx analyzer, which utilized the chemiluminescent method.
Synthetic air and NO2 flows from compressed gas cylinders were controlled by mass flow controllers (MFC). Given that water vapor is always present in the atmosphere, the mixture of air and NO2 was humidified by passing part of the synthetic air from compressed air cylinders through a water bubbler. The relative humidity of air was controlled by varying the flow of dry and humid air. The resulting humidity was measured by a humidity probe (Vaisala HMP50 Humidity Probe) positioned downstream. The measured relative humidity was approximately 50% and the total gas flow rate through the reactor was 110 sccm (Standard Cubic Centimeters per Minute). The glass slides coated by were placed inside a sealed reactor and exposed to both humidified NO2/air mixture and UV light. The UV lamps (Black light F15T8 and GE Company) used in all experiments provided UV-A radiation (also called “black light”) with a maximum wavelength of 360 nm. The intensity of the UV lights was measured to be 0.94 mW. The NO2 conversions were continuously measured by NOx analyzer (Model 200E, Teledyne API Ltd) and recorded on computer hard drive through the data capture program.
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ESPERIMENTO
Una Soluzione di acido stearico ( 10 g / l in etanolo assoluto ) è stata depositata sul substrato del metodo di rivestimento sul vetro della centrifuga
Circa 60 ml di soluzione è stata depositata sul substrato di vetro in un'area di 2.8 x 2.8 cm².
I parametri di spin coating rilevati sono stati i seguenti:
Tempo di rotazione : 60 s
Velocità : 750 rpm
Accelerazione: 400 giri / s
Il Substrato di vetro è stato poi irradiato con UV appena prima del deposito acido stearico per eliminare eventuali potenziali contaminazioni superficiale.
Dopo la deposizione di acido stearico e la raccolta di spettri di fondo sono state effettuate delle misurazioni ogni 8 minuti durante il corso dell' esposizione ai raggi UV .
La distanza tra il substrato di vetro e la sorgente UV era di 21 cm. Gli esperimenti sono stati ripetuti tre volte per 3 differenti Campioni HCS .
**************english translation
Stearic acid solution (10 g/L in absolute ethanol) was deposited on the glass substrate by spin coating method. Approximately 60 µL of solution was deposited on 2.8 x 2.8 cm² glass substrate.
The spin coating parameters were as following:
Time of rotation: 60 s
Speed: 750 rpm
Acceleration: 400 rpm/s
Glass substrate was irradiated by UV just before the stearic acid deposition to eliminate any potential surface contamination. After stearic acid deposition and collection of background spectra the measurements were taken every 8 minutes during the course UV exposure.
The distance between the glass substrate and the UV source was 21 cm. The experiments were repeated 3 times for 3 different HCS samples.
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RISULTATI
esperimento rimozione di NOx (ossido di azoto)
Il vetrino rivestito con il prodotto mostrato un'attività significativa nell'eliminazione del NO2 dalla fase gassosa. Il rivestimento ha rimosso quasi il 80% di NO2 in entrambi i set di esperimenti sotto la
condizioni sperimentali impiegate nel nostro studio, con i risultati corretti per gli esperimenti di controllo (conversione totale non aggiustato di NO2 è stata 98,76% e il 97,81% per le concentrazioni iniziali di ~ 480ppb e ~ 240ppb risp.). In confronto, la conversione di NO2 da sola UV per i campioni non rivestiti era soltanto 19,25% e 16,73% per le due serie di esperimenti. La conversione NO2 in assenza del rivestimento HCS può essere attribuito alla fotolisi diretta di NO2 sotto radiazione UV, che segue la reazione:
NO2 + h (290-430 nm) NO + O (3P).
I risultati dei nostri esperimenti sono riassunti nella Figura 5
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| Figure 5 : NO2 | conversion comparison between the uncoated and coated pyrex trays |
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| Figure 6: Conversion with variable humidity |
**************english translation
RESULTS
NOx removal experiment
The glass slides coated with HCS product exhibited a significant activity in eliminating the NO2 from the gas phase. The coating has removed almost 80% of NO2 in both sets of experiments under the experimental conditions employed in our study, with the results adjusted for the control experiments (unadjusted total conversion of NO2 was 98.76% and 97.81% for initial concentrations of ~480ppb and ~240ppb resp.).
In comparison, the conversion of NO2 by UV alone for the uncoated samples was only 19.25% and 16.73% for the two sets of experiments. The NO2 conversion in the absence of HCS coating can be attributed to the direct photolysis of NO2 under UV radiation, which follows the reaction:
NO2 + h (290-430 nm) NO + O (3P).
The results of our experiments are summarized in Figure 5..
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| Figure 7: FTIR spectra of stearic acid for increasing UV-irradiation time. |
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| Figure 8: Integrated area vs. number of runs (each run consists of 8mins) for stearic acid degradation |
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NO2
La massima conversione NO2 per fotolisi diretta è rappresentato dalle barre rosse. Le barre blu rappresentare la conversione di NO2 da TiO2 vassoi rivestiti, corretto per fotolisi diretta. Anche questi risultati indicano che non vi è alcuna dipendenza significativa di conversione NO2 concentrazione, dato che la conversione a 240 ppb è stato solo pochi punti percentuali superiore a quella a 480 ppb.
La Figura 6: mostra la dipendenza della conversione NO2 dall'umidità. Si può notare che una differenza di conversione NO2 a vario livello di umidità è trascurabile con la massima conversione si verificano a 55% e quello minimo a 25%.
**************english translation
The maximum NO2 conversion by direct photolysis is represented by the red bars. The blue bars represent the NO2 conversion by TiO2 coated trays, adjusted for direct photolysis. These results also indicate that there is no significant dependence of conversion on NO2 concentration, given that conversion at 240 ppb was only few percent higher than that at 480 ppb.
Figure 6 shows the dependence of the NO2 conversion on humidity. It can be seen that a difference in NO2 conversion at various level of humidity is negligible with the maximum conversion occurring at 55% and the minimum one at 25%
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PROPRIETA AUTOPULENTI
L' attività fotocatalitica del rivestimento è stata valutata misurando la scomparsa di acido stearico, che è comunemente usato per determinare le proprietà autopulenti dei vari substrati.
La stratificazione degli spettri FTIR dell'acido stearico in funzione dell'esposizione ai raggi UV è interessante.
Gli spettri FTIR di acido stearico all'aumentare del tempo di irradiazione UV è stato osservato.
Sulla base di queste informazioni possiamo concludere che l'acido stearico è sostanzialmente decomposto sotto radiazione UV, come indicato da una significativa riduzione dell'intensità di assorbanza nel corso di esposizione ai raggi UV.
I tassi di degradazione acido stearico sono stati analizzati integrando l'area sotto i picchi (tra il 2800 e 2975 centimetri -1).
I risultati sono mostrati in figure ove l'asse y rappresenta la concentrazione acido stearica in funzione del tempo normalizzata per la concentrazione iniziale.
L'asse x rappresenta il tempo di esposizione, o più specificamente, un numero di esposizioni UV, ciascuno della durata di 8 minuti.
Le barre di errore sono dati per intervalli con precisione al 90 %.
Dalle figure si desume che quasi l'80 % di acido stearico è scomparso nel raggio di 104 minuti di esposizione.
Si può concludere che il rivestimento HCS è molto efficace per decomporre l'acido stearico, che può servire con buona approssimazione alla dimostrazione delle proprietà autopulenti dei campioni testati.
**************english translation
Self-cleaning properties
The photocatalytic activity of the HCS coating was assessed by disappearance of stearic acid, which is commonly used to determine self-cleaning properties of various substrates. Figure shows the stacked FTIR spectra of the stearic acid as a function of UV exposure. Based on this information we can conclude that stearic acid is substantially decomposed under UV radiation as indicated by significant reduction in intensity of absorbance over the course of UV exposure.
Figure FTIR spectra of stearic acid for increasing UV-irradiation time.
The rates of stearic acid degradation were analyzed by integrating the area under the peaks (between 2800 and 2975cm-1).
The results are shown in picture. The y-axis represents the stearic acid
concentration as a function of time normalized for initial concentration. The x-axis represents the time of exposure, or more specifically, a number of UV exposures, each lasting for 8 minutes. The error bars are given for 90% confidence intervals.
Figure indicates that almost 80 % of stearic acid disappeared within 104 minutes of exposure. It can be concluded that HCS coating is very effective for decomposing the stearic acid, which can serve as a good approximation of self-cleaning properties of the samples tested.
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STUDI SCIENTIFICI REFERENZIALI
L'ossidazione fotocatalitica con TiO2 di biossido di azoto con film sottili in continuo UV -Light Illuminazione - Yoshihisa OHKO , Yuri Nakamura , Akari Fukuda , Sadao Matsuzawa , e Koji Takeuchi, Istituto di Ricerca per la Tecnologia di Gestione Ambientale, Istituto Nazionale di Advanced Industrial Science and Technology ( AIST ), 16-1, Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305-8569, Giappone
Ottimizzazione dell'efficienza di rimozione di ossidi di azoto in aria usando una lampada a mercurio a bassa pressione Juyoung Jeong, Jongsoo Jurng, Sungmin Jin, Yundeok Kim, Environment Technology Research Center, Corea Istituto di Scienza e Tecnologia, Hawolgok, 39-1 Sungbuk, Seoul 136-791, Repubblica di Corea
Applicazione della tecnologia fotocatalitica per la rimozione di NOx - T.Maggos, JG Bartzis, P. Leva, D. Kotzias, Laboratorio di Ricerca Ambientale, INT - RP, NCSR 'Democrito', 15310 Ag. Paraskevi, Atene, Grecia
Ossidazione fotocatalitica di ossidi di azoto utilizzando TiO2 carico su tessuto di vetro - Haiqiang Wang, Zhongbiao Wu, Weirong Zhao, Baohong Guan, Dipartimento di Ingegneria Ambientale, Zhejiang University, Zhe Da Road, n ° 38, Hangzhou 310027, Zhejiang, PR China
Efficienza fotocatalitica di vetri autopulenti. Influenza dei fattori fisici.
L. Peruchon, E. Puzenat, JM Herrmann e C. Guillard
Caratterizzazione del fotocatalizzatore Pilkington ActivTM: un film fotocatalizzatore di riferimento - AndrewMills, Anne Lepre, Nicholas Elliott, Sharan Bhopal, Ivan P. Parkin, SA O'Neill - Dipartimento di Chimica Pura e Applicata, Università di Strathclyde, Thomas Graham Building, 295Cathedral Street, Glasgow Gl 1XL, Regno Unito. Christopher Ingold Laboratories, University College di Londra, 20 Gordon Street, Londra WC1H 0AJ, Regno Unito
Il biossido di titanio e compositi metallo / metallo ossido TitaniA film sottili su vetro: uno studio comparativo di attività fotocatalitica. Andreas Kafizas, Suela Kellici, Jawwad A. Darr, Ivan P. Parkin. Dipartimento di Chimica, University College di Londra, 20 Gordon Street, Londra WC1H 0AJ, Regno Unito
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Photocatalytic Oxidation of Nitrogen Dioxide with TiO2 Thin Films under Continuous UV-Light Illumination - Yoshihisa Ohko, Yuri Nakamura, Akari Fukuda, Sadao Matsuzawa, and Koji Takeuchi, Research Institute for Environmental Management Technology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 16-1, Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305-8569, Japan
Optimization of the removal efficiency of nitrogen oxides in the air using a low-pressure Hg lamp Juyoung Jeong, Jongsoo Jurng, Sungmin Jin, Yundeok Kim, Environment Technology Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Hawolgok, 39-1 Sungbuk, Seoul 136-791, Republic of Korea
Application of photocatalytic technology for NOx removal - T. Maggos, J.G. Bartzis, P. Leva, D. Kotzias, Environmental Research Laboratory, INT-RP, NCSR 'Demokritos', 15310 Ag. Paraskevi, Athens, Greece Photocatalytic oxidation of nitrogen oxides using TiO2 loading on woven glass fabric - Haiqiang Wang, Zhongbiao Wu, Weirong Zhao, Baohong Guan, Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Zhe Da Road, No. 38, Hangzhou 310027, Zhejiang, PR China Photocatalytic efficiencies of self-cleaning glasses. Influence of physical factors.
L. Peruchon, E. Puzenat, J. M. Herrmann and C. Guillard
Characterisation of the photocatalyst Pilkington ActivTM: a reference film
photocatalyst - Andrew Mills, Anne Lepre, Nicholas Elliott, Sharan Bhopal, Ivan P. Parkin, S.A. O’Neill Department of Pure and Applied Chemistry, University of Strathclyde, Thomas Graham Building, 295 Cathedral Street, Glasgow Gl 1XL, UK. Christopher Ingold Laboratories, University College London, 20 Gordon Street, London WC1H 0AJ, UK
Titanium dioxide and composite metal/metal oxide Titania thin films on glass:
A comparative study of photocatalytic activity. Andreas Kafizas, Suela Kellici, Jawwad A. Darr, Ivan P. Parkin. Department of Chemistry, University College London, 20 Gordon Street, London WC1H 0AJ, UK
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