Study of absorption and photocatalytic degradation of volatile pollutants by perfluorinated ionomeric coating with TiO2 nanopowder for air purification

Numerous diseases are developing as a consequence of volatile organic pollutants (VOCs) presence in environment. Their rapid infection to breath, blood and skin of human made it vital to find a degradation solution for them. The field of photocatalysis is rapidly emerging as one of the most well-known solutions for this issue. Heterogeneous photocatalysis, using titanium dioxide as the photocatalyst of choice, is a useful technique for the degradation of many contaminants in air, in water, or on solid surfaces. But even though it had positive progress in terms of pollution of water supplies, it is not much used as a technology for reducing VOCs present in environment. The present study tries to employ absorption and photocatalysis as degradation pathways of six pollutants that were chosen based on their toxicity in urban atmosphere and their dipole moment: pentane, methanol, isopropanol, toluene, dichloromethane and pyridine. We used titanium dioxide as catalyst of this process on a perfluorinated membrane. The optimization procedure was done based on the concentration of pollutants, temperature of experiments, assembly of perfluorinated coating and relative humidity of the environment of experiments. We used two temperatures,ambient and 85ᵒC, two relative humidity, 20% and 500% water saturation, AQ-AD coating assembly and 5000 ppm of concentration for each pollutant. Photocataysis experiments have been done under combined incandescent/mercury vapors lamp in order to help the activation of TiO2 nanopowders during the process of degradation. As the last step, we also added upconverting particles in our coating, along with IR emitting LEDs exposure on them, to see possible improvements on photocatalysis degradations that may open a path for future investigations based on this research.

Numerose malattie si stanno sviluppando a seguito della presenza di composti organici volatili(VOC) nell'ambiente. Il loro rapido effetto su respiro, sangue e pelle umana ha reso fondamentale una soluzione per la loro degradazione. La fotocatalisi sta rapidamente emergendo come una soluzione per questa problema. La fotocatalisi eterogenea, usando il biossido di titanio come fotocatalizzatore, è una tecnica utile per la degradazione di molti contaminanti nell'aria, nell'acqua o su superfici solide. Ma anche se ci sono progressi positivi nella depurazione delle acque, questo metodo non è molto utilizzato come tecnologia per ridurre i VOC presenti nell'ambiente. Il presente studio cerca di impiegare assorbimento e fotocatalisi come percorsi di degradazione ed è stato testato su sei inquinanti che sono stati scelti in base alla loro tossicità nell'atmosfera urbana e al loro momento di dipolo: pentano, metanolo, isopropanolo, toluene, diclorometano e piridina. Abbiamo utilizzato il biossido di titanio come catalizzatore inserendolo in una membrana perfluorurata. La procedura di ottimizzazione è stata effettuata variando la concentrazione di inquinanti, la temperatura degli esperimenti, la composizione della membrana perfluorurato e l'umidità relativa dell'ambiente degli esperimenti. Abbiamo utilizzato due temperature,temperatura ambiente e 85°C, due umidità relative, 20% e 500% di saturazione dell'acqua, la membrana con lo ionomero Aquivion sul perfluoropolimero Hyflon AD e 5000 ppm di concentrazione per ogni inquinante. Gli esperimenti di fotocatalisi sono stati condotti con lampada a incandescenza a vapori di mercurio al fine di favorire l'attivazione delle nanopolveri di TiO2 durante il processo di degradazione. Come ultimo passaggio, abbiamo anche aggiunto delle particelle “upconverting” nella membrana, insieme all'esposizione a LED che emettono IR, per vedere possibili miglioramenti della degradazione fotocatalitica che potrebbero aprire un percorso per futuri sviluppi basati su questa ricerca.