مهیا سازی فیلتر فیبر پلی استر با پوشش – TiO2 از طریق پوشش دهی با اسپری و تجزیه فوتوکاتالیستی فرمالدئید گازی

مهیا سازی فیلتر فیبر پلی استر با پوشش – TiO2 از طریق پوشش دهی با اسپری و تجزیه فوتوکاتالیستی فرمالدئید گازی –  ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

مهیا سازی فیلتر فیبر پلی استر با پوشش – TiO₂ از طریق پوشش دهی با اسپری و تجزیه فوتوکاتالیستی فرمالدئید گازی

تحقیقات هواویزی و كیفیت هوا

انجمن تحقیقات هواویز تایوان

بخش محیط زیست و مهندسی منابع آب، كالج مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست، دانشگاه فناوری نان یانگ، سنگاپور

كالج مهندسی برق و الكترونیك، دانشگاه تكنولوژی نان یانگ، سنگاپور

دپارتمان مهندسی راه و ساختمان، دانشگاه استنفورد، ایالات متحده

2012

چكیده

اكسایش فوتوكاتالیستی ناهمگن (PCO) از پتانسیل زیادی برای تصفیه آلاینده های گازی داخل ساختمان برخوردار می باشد. در این مبحث توجه تحقیقاتی به سمت سنتز فوتوكاتالیست های كاربردی جدید، همانند مطالعات سنیتیكی تاثیرات پارامترهای برهمكنش مختلف، همانند رطوبت نسبی، جلب شده است. با این وجود، به هنگام كاربرد برای استفاده عملی، روش پوششی و ثبات پوششی را می بایست به عنوان عوامل مهمی تلقی نمود كه بطور مستقیم بر روی كارایی یا راندمان فرآیند برداشت تاثیرگذار می باشند. در مطالعه جاری، یك روش پوشش اسپری ساده و اقتصادی به منظور تثبیت موثر نانوذرات TiO₂ در یك فیلتر فیبر پلی استر در دمای پایین بکار گرفته شد. سیلیكای كلوئیدی به عنوان یك ماده چسبنده در سوسپانسیون پوششی اضافه شد. ارزیابی كارایی PCO این پوشش با استفاده از فرمالدئید گازی انجام گرفت. نتایج موكد آن هستند كه نرخ حذف فرمالدئید در ارتباط با مقدار ماده چسبنده اضافه شده می باشد. بالاترین نرخ برداشت برای یك پوشش دارای TiO₂ با نسبت جرمی مساوی 1:1 (معادل TiO₂) به دست آمد، و این نتایج به وسیله تحلیل های XRF، SEM، FTIR و BET پشتیبانی گردیدند. در مقایسه با روش پوشش دهی غوطه وری متعارف، نمونه پوشش داده شده با اسپری نشان دهنده كارایی PCO بسیار بالاتر و ثبات بسیار بیشتری میباشد، كه میتوان آن را عمدتاً در ارتباط با پراكندگی یكنواخت كاتالیزور و پیوند محكم تر تشكیل شده در طی فرآیند پوشش دهی پر فشار با اسپری دانست. این روش پوشش دهی از پتانسیل زیادی برای كاربرد بعنوان فوتوکاتالیست تثبیت شده به منظور تصفیه کننده هوای داخل ساختمان ها برخوردار می باشد.

كلمات كلیدی: آلودگی هوای داخلی، اكسایش فوتوكاتالیستی، فرمالدئید، پوشش دهی با اسپری.

مقدمه

آلودگی هوای داخل ساختمان ها به عنوان یكی از شدیدترین ریسك های محیط زیستی برای سلامت انسان به شمار می آید و علت آن را می توان تماس انسان با آلاینده های خطرناك دانست (Bruce و همكاران، 2000؛ Bardana، 2001؛ Franklin، 2007؛ Lai و همکاران، 2010؛ Hwang و همکاران، 2011). دلایل چنین مواردی را میتوان به شرح ذیل مدنظر قرار داد: انسانها عمده وقت خود را در داخل ساختمانها سپری می نمایند. بر این مبنا یكسری از آلاینده های گسترده در سطوح مختلف در داخل ساختمانها وجود دارند و برای برخی از انواع مشخص آلاینده ها، نظیر فرمالدئید و یا دود ناشی از استعمال تنباكو در محیط زیست (ETS)، سبب می شوند تا سطوح غلظت این آلاینده ها غالباً در محیط درونی در مقایسه با محیط های بیرونی بیشتر باشد. فناوری های كنترل بسیاری نظیر فیلتراسیون (Klimov و همكاران، 2009)، جذب (Jee و همكاران، 2005)، یونیزاسیون (Nishikawa و Nojima، 2001)، اكسایش ازون (Huang و همكاران، 2012) و موارد دیگر برای تصفیه هوای داخل ساختمانها در مواجه با آلاینده های مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند.

كاربرد اكسایش فوتوكاتالیستی ناهمگن (PCO) برای تصفیه هوا بطور گسترده ای در خلال دو دهه گذشته مورد بررسی قرار گرفته است، مخصوصاً این فرآیند در ارتباط با تبدیل تركیبات آلی فرار هوای داخل ساختمان (VOCs) به مواد معدنی كه از سمیت كمتری برخوردار هستند، همانند كربن دی اكسید و آب مورد بررسی قرار گرفته است (Zhao و Yang، 2003؛ Hodgson و همکاران، 2007). این فناوری دارای مزیت های متعددی به شرح ذیل می باشد: بكارگیری UV و/یا نور مرئی به عنوان انرژی اولیه، عدم گزینش پذیری آلاینده های آلی، پتانسیل كانی سازی كامل در CO₂ و H₂O، و كارایی متوالی در خلال طول عمر فوتوكاتالیزور تحت دمای پیرامونی.

به عنوان یكی از شناخته شده ترین VOC های سرطان زا، فرمالدئید به طور گسترده ای در محیط های متعارف داخل ساختمانی، به واسطه استعمال گسترده آن در مواد ساختمانی و محصولات خانگی، كاربرد دارد. علی الخصوص، محصولات چوبی فشرده كه از رزین اوره – فرمالدئید (UF) به عنوان ماده چسبنده استفاده می نمایند یكی از منابع اصلی انتشار آلایندگی داخل ساختمانی محسوب می شوند (Panagopoulos و همكاران، 2011). فرمالدئید همچنین به عنوان یك محصول جانبی از دود سیگار و سوخت مشتعل شده می باشد (Daisey و همكاران، 1994؛ Crump و همکاران، 1997؛ Hodgson و همکاران، 2000؛ Hippelein، 2004؛ Bari و همکاران، 2011). علیرغم سطح غلظت بالای فرمالدئید این ماده همچنین در مصارف محیط زیستی شهری بیرون از ساختمانها نیز كاربرد دارد (Wang و همكاران،2010). استفاده از PCO ناهمگن برای تجزیه فرمالدئید به عنوان یك تكنیك امید بخش در این زمینه به شمار می آید. مطالعات متعدد قبلی بر روی مكانیزم های تجزیه و عوامل محدود كننده تمركز داشته اند، نظیر رطوبت نسبی، غلظت اولیه مواد آلاینده، شدت نور و غیره (Peral و Ollis 1992؛ Obee و Brown، 1995؛ Obee، 1996؛ Noguchi و همکاران، 1998). در خلال دهه اخیر، به واسطه پتانسیل قابل توجه در ارتباط با بکارگیری در ادوات متنوع، توجه بیشتری معطوف به كارایی تثبیت فوتوكاتالیست شده است (Paschoalino و همكاران، 2006؛ Žabová و Dvořák، 2009؛ Paz، 2010).

فرآیند تثبیت كاتالیزور به عنوان نكته كلیدی اجرای موفقیت آمیز اكسایش فوتوكاتالیزوری ناهمگن (PCO) در ارتباط با آلاینده های هوای داخل ساختمانی به حساب می آید. انتخاب سوبسترا یا لایه های مناسب و روش های موثر پوشش دهی به عنوان دو عامل حیاتی در این زمینه به حساب می آید. لایه مناسب  نه  تنها  دارای  خواص  فیزیكی  و  شیمیایی  باثباتی می باشد، بلكه قابلیت فراهم آوردن سطح بزرگی از مساحت ضروری برای اتصال ویژگیهای مربوطه را خواهد داشت. یك روش مطلوب پوشش دهی می بایست دارای ضروریات ذیل باشد: فراهم آوردن پوششی بادوام و ثابت، فراهم سازی تماسی كارآمد و مكفی بین بخش پوششی و آلاینده های مختلف، عدم انتخاب سوبسترها یا آلاینده های مختلف، كارآمدی از نقطه نظر انرژی و قابلیت بهره گیری آسان، ویژگیهای اقتصادی و تناسب برای كاربردهای در مقیاس بالا.

برخی از شایع ترین لایه های استفاده شده در این زمینه عبارتند از: شیشه، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ و مواد دیگر كه برای فراوری ترمیم حرارتی در دمای بالا پس از پوشش دهی مناسب هستند. با این وجود، سختی و وزن مواد سبب ایجاد برخی از محدودیت های برای كاربرد آنها در مقیاس بالا می شود. مواد پلیمری با ساختار منسوجاتی، نظیر پلی استر (Mejía و همكاران، 2010) سلولز استات (Coronado و همكاران، 2008)، منسوجات پنبه ای (uranova و همكاران، 2006) و پشم – پلی آمید (Bozzi و همكاران، 2005) نیز در خلال سالیان اخیر به واسطه هزینه پایین، انعطاف پذیری و سطح پوششی زیاد آنها مورد مطالعه قرار گرفته اند. پلی استر، كه غالباً تحت عنوان پلی اتیلن تریفتالات (PET) خوانده می شود، یكی از با ثبات ترین و گسترده ترین مواد استفاده شده در پارچه های مصنوعی میباشد. در خلال سالیان اخیر، مواد پلی استر با پوشش TiO₂ نیز برای كاربرد در فرآیندهای تمیز سازی داخل ساختمانی مورد مطالعه قرارگرفته اند (Dong و همكاران، 2007؛ Park و Na، 2008)، علاوه بر این در زمینه فرآیندهای ضدعفونی و ضدباكتریایی نیز از آنها استفاده شده است (Paschoalino و Jardim 2008؛ Mihailovic و همکاران، 2010)، همچنین از این مواد به عنوان سطح خود تمیز شونده نیز استفاده شده است (Sawada و همكاران، 2003). غالب تحقیقات قبلی به جای تمرکز بر ثبات و دوام پوششها، بر روی كارایی تجزیه/ برداشت متمركز بوده اند.

پوشش غوطه وری سل – ژل یكی از گسترده ترین روش های تثبیت بكار گرفته شده برای فوتوكاتالیز بستر – ثابت می باشد (McMurray و همكاران، 2004). با وجود آنكه عملكرد پوشش دهی با استفاده از غوطه وری سل – ژل بر حسب ثبات پوشش موفقیت آمیز می باشد، دمای بالا (غالباً بالاتر از 400 درجه سلسیوس) كه برای فرآیند ترمیم حرارتی یا آنلینگ پس از پوشش دهی بكار گرفته می شود برای زیر لایه ها یا سوبستراهای دارای ساختار منسوجاتی مناسب نمی باشد چرا كه باعث از دست رفتن جامعیت یا یكپارچگی فیزیكی و شیمیایی آنها خواهد شد (Lim و همكاران، 2009). روشهای پوشش دهی دیگر، نظیر پوشش اسپین، رسوب الكترو شیمیایی، پوشش دهی الكتروفورزی، و لایه نشانی و موارد دیگر غالباً دارای مراحل پیچیده ای جهت حصول ضخامت مناسب فیلم / لایه می باشند و همچنین پر هزینه بوده و از نقطه نظر كاربردهای عملی مشكل هستند (Byrne و همكاران، 1998؛ Kasanen و همکاران، 2011).

كاربرد PCO در مقیاس بزرگ برای تصفیه هوا را میتوان از طریق پوشش دهی مستقیم فوتوكاتالیزور تجاری نظیر P25 TiO₂ انجام داد (Paz، 2010). به هنگام استفاده از پوشش دهی مستقیم، مسئله اصلی مورد نظر ثبات پوشش دهی می باشد. چسبندگی ضعیف بر روی لایه شیشه ای به وسیله روش پوشش دهی مستقیم نظیر پوشش غوطه وری یا پوشش اسپین گزارش شده است (Mills و همكاران، 2002؛ Keshmiri و همکاران، 2004)، كه در آن حتی سایش اندك مكانیكی ممكن است سبب حذف فوتوكاتالیست از سطح زیر لایه شود. بنابراین، ماده پیوند دهنده غالباً برای پوشش دهی مستقیم الزامی می باشد تا آنكه نوعی چسبندگی كامل بین كاتالیزور و زیر لایه / سوبسترا حاصل شود. هر كدام از پلیمرهای آلی یا مواد پیوند دهنده غیرآلی را میتوان برای تثبیت فوتوكاتالیست بكار برد (Du و همكاران، 2008؛ Lim و همکاران، 2009؛ Henderson، 2011). با این وجود، تاثیر مقدار ماده چسبنده بر روی فعالیت PCO و ثبات پوشش به ندرت مورد بحث قرار گرفته اند.

مطالعه جاری سعی در ایجاد یك روش ساده و اقتصادی در خصوص پوشش دهی با استفاده از اسپری می نماید تا از این طریق به طور موثری قابلیت تثبیت نانوذرات P25 TiO₂ (Degussa) بر روی زیر لایه فیبر پلی استر حاصل شود. سیلیكای كلوئیدی (Ludox AS-40)، به عنوان یك ماده چسبنده نوعی صنعتی به شمار می آید، اما به ندرت برای استفاده به عنوان یك ماده چسبنده در پوشش مستقیم فوتوكاتالیست گزارش شده است، به سوسپانسیون پوششی به عنوان یك ماده چسبنده اضافه شد تا قابلیت افزایش چسبندگی بین زیر لایه و TiO₂ فراهم شود. بدون فراوری دمایی بالا، این پوشش برای بدست آوردن حالت تثبیت در دمای 60 درجه سلسیوس تحت فراوری قرار میگیرد. PCO فرمالدئید گازی بر روی نمونه های دارای پوشش اسپری اعمال شد. میزان مختلف ماده چسبنده نیز به منظور یافتن باثبات ترین و تركیب مناسب پوشش مقایسه شدند. یك نمونه به وسیله پوشش غوطه وری تهیه شد كه برای ارزیابی مورد استفاده قرار گرفت. آزمون ثبات مكانیكی نیز جهت ارزیابی تاثیرات روش های مختلف (پوشش اسپری در برابر پوشش غوطه وری) در ارتباط با ثبات و دوام پوشش مورد بررسی قرار گرفت. 

روشهای تجربی

زیرلایه های پلی استری که در این مطالعه بکار گرفته شده اند به صورت منسوجات پلی استری خشک نبافته می باشند، که دارای یک ضخامت فیلتر نوعی 10 میلیمتر و چگالی فشرده سازی کلی 055/0 g/cm³ می باشند. الیاف پلی استری دارای قطر حدودا 25 الی 40 میکرومتر بوده و چگالی الیاف نیز در حدود 38/0-24/0 dtex است. آنها معمولاً به عنوان رسانه فیلتر هوایی در سیستم HVAC بعنوان فیلتراسیون ذرات استفاده شده و بوسیله یک تأمین کننده محلی فراهم می گردند (BioFit، سنگاپور). تیامین دی اکسید TiO₂ (Degussa P25) نیز از شرکت Evonik Degussa (آلمان) خریداری شد. سیدیکای کلوئیدی Ludox AS-40 نیز از شرکت Sigma-Aldrich ( ایالات متحده) خریداری شد. کلیه دیگر مواد شیمیایی استفاده شده برای مهیاسازی نمونه های پوشش داده شده به وسیله اسپری ـ روش غوطه وری همراه با آزمون فعالیت فتوکاتالیستی به صورت کروماتوگرافی رتبه بندی گردیده و بدون خالص سازی متعاقب دریافت و بکار گرفته شدند.( Sigma Aldrich، ایالات متحده). آب Milli-Q نیز به عنوان محلول در کلیه زمانها مورد استفاده قرار گرفت.

زیرلایه های پلی استر به اندازه های تقریباً 3×50×100 میلیمتر بریده شده اند. کلیه زیرلایه ها با ماده شستشوی غیر یونی 5/0% RG-N شستشو داده شدند (Bezema، سوئیس) که فرآیند شستشو با توجه به نسبت مایع به منسوج 45:1 در یک سیستم شستشوی اولتراسونیک (Kudos، چین) برای مدت 15 دقیقه انجام شده و نهایتا فرآیند آبکشی با آب Milli-Q اعمال شده و متعاقباً برای 15 دقیقه و سه بار متوالی تحت فرآیند صوت افکنی یا سونیکاسیون قرار گرفتند. استون خالص نیز در مرحله شستشوی نهائی بکار گرفته شد و زیرلایه ها نیز در جریان گاز نیتروژن خالص در دمای اتاق خشک شدند.

نتایج و مباحث

ثقل سنجی و اندازه گیری فلوئورسانس اشعه ایكس (XRF)

جهت مقایسه فعالیت های فوتوكاتالیستی نمونه های پلی استر پوششی، مقادیر بارگذاری شده TiO₂ و SiO₂ (ماده چسبنده) بر روی مجموع حجم زیر لایه ها را می بایست در ابتدا بوسیله اندازه گیری ثقل سنجی و برآورد طیف بینی فلوئورسانس (XRF) مورد بررسی و تایید قرار داد. مجموع زیرلایه در ابتدا بوسیله یك سیستم ترازوی تجزیه اندازه گیری شده و متعاقبا با XRF اسكن گردیده تا درصدهای وزنی تركیب مولفه های TiO₂ و SiO₂ بدست آید. مقدار بار هر مولفه را می توان متعاقبا بوسیله وزن زیر لایه ضربدر درصد وزن تركیب محاسبه نمود. نتایج در جدول 4 نشان داده شده اند. برای هر نمونه تست شده، مقادیر درصدهای وزنی (%) مرتبط با TiO₂ و SiO₂ بعنوان میانگین چهار برآورد XRF تكرارپذیر كه بر روی كل زیرلایه حاصل شده مدنظر خواهد بود.

كلیه 5 نمونه دارای مقدار بار TiO₂ سازگار با میانگین 24/0 ± 01/0 g می باشند. برای نمونه های پوشش داده شده بوسیله اسپری مقدار بار SiO₂ از S-1 تا S-4 افزایش می یابد كه مترادف با میزان ماده چسبنده مختلف بكار گرفته شده در فرآیندهای سوسپانسیون پوششی میباشد. نسبتهای جرمی اندازه گیری شده TiO₂:SiO₂ برای كلیه 5 نمونه در S-1 الی S-4 نسبتا دارای سازگاری با مقادیر تئوریكی میباشند، بصورت 2:1، 1:1، 1:2 و 1:4. در نتیجه، مقایسه فعالیتهای فوتوكاتالیستی كلیه 5 نمونه تازه مهیا شده (قبل از تست ثبات) برمبنای مقدار بار فوتوكاتالیستی معادل میباشد.

میكروسكوپ الكترونی روبشی (SEM)

شكل 3 (الف) الی (ه) نشان دهنده میكروسكوپ الكترونی روبشی 4 نمونه پوشش داده شده با استفاده از اسپری (الف-د) و یك نمونه پوشش داده شده با استفاده از فناوری غوطه وری (ه) می باشد. نمونه S-2 پوشش داده شده با استفاده از اسپری در شكل 3(ب) نشان دهنده یكنواخت ترین پراكندگی TiO₂ و كلوخه شدگی كمتر میباشد. اندازه كلوخه TiO₂ متصل شده به فیبر پلی استر با افزایش بار ماده چسبنده افزایش خواهد یافت. نمونه S-4 پوشش داده شده توسط اسپری دارای بالاترین میزان بار ماده چسبنده میباشد و همچنین معرف كلوخه شدگی سنگینی در شكل 3 (د) است كه ممكن است سبب محدود شدن تماس بین TiO₂ و گونه های واكنش دهنده شده و متعاقباً بر روی كارایی TiO₂ تاثیرگذارد. برای نمونه D-2 با پوشش غوطه وری در شكل 3 (ه)، یك اندازه كلوخه بزرگ را میتوان به واسطه ویژگی شكل یافته مرتبط در فرآیند پوشش دهی با غوطه وری مشاهده نمود، كه بر روی مساحت سطح موثر ناحیه پوششی تاثیرگذار بوده و متعاقباً سبب كاهش فعالیت PCO میگردد. آزمایشات BET و PCO ذیل قابلیت تصدیق مشاهدات فوق را خواهند داشت.

آنالیز طیف بینی تفكیك انرژی (EDS)

آزمایش EDS به صورت همزمان با تحلیل SEM انجام شد. هر دوی سیگنال های T_i و S_i بر روی این سیستم مشاهده شدند. وجود TiO₂ و SiO₂ بر روی سطح الیاف مجدداً تایید شد. میانگین درصد عنصری T_i، S_i به میزان 97/3%، 50/6% بر روی نمونه S-2 و 19/4%، 66/4% بر روی نمونه D-2 به ترتیب مشخص شد، كه دارای همبستگی با مقدار بار TiO₂ و SiO₂ در كل حجم زیر لایه های اندازه گیری شده به وسیله XRF میباشد. این تحلیل عنصری را میتوان به عنوان یك مورد جایگزین به هنگامی كه XRF در دسترس نیست بكار گرفت.

طیف بینی زیر قرمز نمونه های پوشش داده شده به وسیله اسپری و غوطه وری

طیف IR نمونه S-2 پوشش داده شده به وسیله اسپری و نمونه D-2 پوشش داده شده به وسیله غوطه وری در شكل 4 نشان داده شده است. برای نمونه S-2، باندهای TiO₂ در محدوده 500-800 cm^-1، با توجه به آنكه باند جذب قدرتمند در 600 cm^-1 معرف ماتریس های TiO₂ در مختصات شش تایی می باشد، نشان داده شد (Mohamed و همکاران، 2002). باندها در 1060 cm^-1 و 1080 cm^-1 را می توان برای كشش غیر متقارن  و  مود خمشی   باند گذاری Si-O-Si بكار گرفت (Shafei و همكاران، 1995؛ Mohamed و همکاران، 2002). یك باند در 950 cm^-1 را می توان در خصوص كشیدگی گونه های Si-O مرتبط با پیوند Si-O-Si بكار گرفت كه به وسیله شامل نمودن Ti⁴⁺ در ماتریس های SiO₂ شكل میگیرد (Yamashita و همكاران، 1998). با تركیب كلیه اطلاعات فراهم شده، این مورد موكد این موضوع میباشد كه گونه های TiO₂ در ماتریس های SiO₂ از طریق رویكرد پوشش دهی اسپری پرفشار جاسازی شده اند. باندها در 1150-1240 مرتبط با نوسانات گروه استر در ساختار پلی استر میباشند. به طور مثال باندهای D-2، TiO₂ بین 500 و 800 cm^-1، همراه با باند كشیدگی نامتقارن Si-O-Si در 1060 cm^-1 نیز مشاهده میشوند (Shafei و همكاران، 1995؛ Mohamed و همکاران، 2002). با این وجود، هیچ گونه باند جذب قدرتمندی، با قابلیت تشكیل پیوند Si-O-Si مشاهده شده بر روی طیف IR نمونه D-2، مشخص نشده است، كه خود معرف این موضوع است كه فرآیند تثبیت TiO₂ بر روی زیر لایه با استفاده از پیوند دهنده SiO₂ به وسیله روش پوشش غوطه وری به قدرتمندی روش پوشش دهی با اسپری در این مطالعه نمی باشد.          

ثبات نمونه های پوشش داده شده بوسیله اسپری/غوطه وری

مقادیر پوششی کلیه 5 نمونه پلی استر قبل و بعد از تست ثبات مورد مقایسه قرار گرفتند. نتیجه در جدول 4 نشان داده شده است. TiO₂ ثابت دارای پوشش اسپری از چسبندگی بسیار خوبی بر روی سطح پلی استر برخوردار بوده است. پس از تکانش های متوالی برای 72 ساعت، اتلاف محتویات TiO₂ بر روی نمونه های پوشش داده شده اسپری S-2 و  S-3کمتر از 6/3% بوده است. نمونه S-1 دارای اتلاف نسبتاً بالاتری به میزان 7/16% می باشد که عمدتاً به واسطه عدم پیوند مناسب می باشد چرا که این مورد از کم ترین میزان ماده چسبنده برخوردار بوده است. نمونه D-2 پوشش داده شده بوسیله غوطه وری، TiO₂ خود را به طور معنی داری در حد 4/33% پس از آزمایش ثبات از دست داد، که معرف چسبندگی ضعیف پوشش بر روی سطح الیاف پلی استری با استفاده از پوشش غوطه وری می باشد. این نتیجه مجدداً تصدیق کننده ملاحظات در خصوص طیف IR می باشد که سبب تشکیل نوعی پیوند قوی بین فوتوکاتالیست و ماده چسبنده به وسیله پوشش اسپری می شود، اما این مورد برای پوشش غوطه وری صحت ندارد.

اندازه گیری مساحت سطح به وسیله BET

اندازه گیری های BET نمونه های پوشش داده شده به وسیله اسپری یا غوطه وری در جدول 5 نشان داده شده اند. نمونه S-2 پوشش داده شده به وسیله اسپری دارای بالاترین میزان مساحت BET به اندازه 10/95 m²/g می باشد. مساحت BET نمونه S-3 و S-4 پوشش داده شده به وسیله اسپری به طور معنی داری تا  56/64 m²/g  و 30/47 m²/g  به ترتیب  افت  می نمایند. این نتیجه همچنین مؤکد مشاهدات تصاویر SEM می باشد که مقادیر زیادی ماده چسبنده سبب ایجاد کلوخه شدگی های بزرگی می شوند که در مقابل منجر به ایجاد مساحت سطح مؤثر کمتری خواهند شد. نمونه S-1 پوشش داده شده به وسیله اسپری، که دارای کوچک ترین بارگذاری بر حسب ماده پیوندی یا چسبنده می باشد، از کوچکترین مساحت BET در مقایسه با نمونه S-2 برخوردار است،که معرف آن می باشد که مقدار مشخص ماده چسبنده جهت ایجاد نوعی پوشش یکنواخت ترجیح داده می شود.

اکسیداسیون یا اکسایش فوتو کاتالیستی (PCO) فرمالدئید

شکل 5 نشان دهنده گوناگونی نرخ برداشت PCO فرمالدئید در یک زمان 105 دقیقه ای واکنشی (تابش دهی) به وسیله نمونه S-2 می باشد. هدف این آزمایش مشخص نمودن این موضوع می باشد که به چه هنگامی سیستم می تواند نوعی تنزل / تجزیه ثابتی را پس روشن شدن لامپ تجربه نماید. بر این مبنا 4 دوره تجربه قابل تکرار تحت شرایط یکسان انجام شد. در اولین 15 دقیقه آزمایش پس از روشن شدن لامپ، با توجه به این که نمونه زیر لایه قبلاً دارای HCHO جذب شده بوده است و در طی شرایط تاریکی به اشباع رسیده است، تفاوت بین غلظت های ورودی و خروجی، به هنگامی HCHO به صورت  پیوسته ای در امتداد نمونه زیر لایه جریان یافت، مشهود نبود. از 15 الی 60 دقیقه، نرخ حذف / برداشت به صورت فزاینده ای افزایش یافت، آن هم به هنگامی که مناطق فعال بیشتری فراهم شده و این نرخ به هنگامی که فرآیند واکنش به حالت ثابت رسید کاهش یافت. پس از 90 دقیقه این میزان متعاقباً تغییری نیافت. بنابراین، در این سیستم جریان پیوسته، کارایی های حذف / برداشت نمونه های مختلف پس از روشن نمودن لامپ برای 90 دقیقه مورد مقایسه قرار گرفت. هیچ گونه شواهدی دال بر تجزیه / تنزل موارد آزمایشی به هنگام عدم وجود پوشش TiO₂ (زیرلایه بدون بار) یا تابشUV مشاهده نشد.

نتیجه گیری

تثبیت مؤثر فوتوکاتالیستTiO₂  در سوبسترا / زیر لایه فیلتر فیبر پلی استر به طور موفقیت آمیزی از طریق رویکرد پوشش دهی با اسپری انجام شد. یک وابستگی قوی بین دوز ماده چسبنده (SiO₂) و ساختار پوششی مشاهده گردید. پوشش بهینه برای TiO₂:SiO₂ با نسبت جرمی 1:1 به دست آمد که نشان دهنده یکنواخت ترین حالت توزیع / پراکندگی TiO₂، کوچک ترین اندازه کلوخه شدگی فرآیند پوشش دهی و بالاترین نرخ برداشت / حذف PCO فرمالدئید گازی می باشد. مقدار مشخص ماده چسبنده سبب ایجاد نوعی چسبندگی قدرتمند TiO₂ به سطح فیبر پلی استر شده و همچنین موجب ارتقای  شکل گیری و پراکنش کلوخه های کوچک فرآیند پوشش دهی می شود. دوزهای بیشتر ماده چسبنده سبب افزایش اندازه کلوخه شدگی گردیده و متعاقباً موجب محدود شدن تماس بین مولکول های TiO₂ و فرمالدئید خواهد شد. نمونه دیگری که به وسیله روش پوشش دهی غوطه وری متعارف با TiO₂:SiO₂ و نسبت جرمی 1:1 تهیه گردید نشان دهنده اندازه کلوخه شدگی بیشتر، مساحت سطح کوچکتر و فعالیت فوتوکاتالیستی کمتر در مقایسه با نمونه دارای پوشش اسپری می باشد.

تثبیت TiO₂ بر روی زیر لایه های پلی استر از طریق پوشش دهی با استفاده از اسپری به صورت با ثبات و با دوام می باشد و تنها اتلاف اندک بار TiO₂ دیده شده و هیچ گونه افت آشکاری در خصوص کارایی PCO پس از 72 ساعت از تست ثبات مکانیکی مشاهده نشده است. ثبات نمونه پوشش داده شده با استفاده از روش غوطه وری چندان موفق آمیز نبوده است و در آن شاهد اتلاف معنی دار بارگذاری TiO₂ و کاهش فوتوکاتالیستی متناظر با آن می باشیم. روش پوشش دهی اسپری که در این مطالعه ارائه شده است از نقطه نظر هزینه به صرفه بوده و می توان آن را به آسانی برای کاربردهای عملی اکسایش فوتوکاتالیستی ناهمگن در زمینه تصفیه هوای داخل ساختمانی بکار گرفت.