| Περίληψη |
Η ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα των ανεπτυγμένων χωρών, ενώ ταυτόχρονα μαζί με την ρύπανση των υδάτων, έχει τις εμφανέστερες και αμεσότερες επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Η ατμοσφαιρική ρύπανση δημιουργείται κυρίως στα μεγάλα αστικά κέντρα και στις βιομηχανικές περιοχές, γεγονός που καλλιεργεί την ψευδαίσθηση ότι αφορά μόνο συγκεκριμένο μέρος του πληθυσμού. Αυτό όμως είναι μερικώς μόνο σωστό δεδομένου ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τα μέσα μεταφοράς, μεγάλης και μικρής κλίμακας βιομηχανίες και η οικιακή δραστηριότητα αποτελούν επίσης σημαντικές πηγές αέριων ρύπων επιβαρύνοντας ακόμα περισσότερο την ήδη ρυπογόνα ατμόσφαιρα. Η καθημερινή και πολύωρη παραμονή του ανθρώπου μέσα σε κλειστούς χώρους και η έκθεσή του σε ρύπους (συχνά αόρατους) επιφέρει σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία του τόσο βραχυπρόθεσμα όσο και μακροπρόθεσμα. Είναι λοιπόν, επιτακτική η ανάγκη ανάπτυξης τεχνολογιών που θα έχουν τη δυνατότητα επεξεργασίας αυτών των ρύπων καθώς και την αποδόμησή τους.
Για το σκοπό αυτό μελετήσαμε, σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε μια ολοκληρωμένη πρότυπη διάταξη για την απορρύπανση του αέρα εσωτερικών χώρων με βάση τη χρήση όζοντος. Η υλοποίηση έγινε βασισμένη στην οξειδωτική δράση του όζοντος που διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη διάταξη. Η παραγωγή του με τη μέθοδο της “κορόνας” γίνεται για την καταστροφή των βλαβερών ρύπων (οργανικών ή μη) που υπάρχουν στον αέρα ενός κλειστού χώρου, ενώ η αποδόμησή του σε σχετικά σύντομο χρόνο είναι απαραίτητη για την διασφάλιση της συγκέντρωσης όζοντος σε επίπεδα επιτρεπτά για την ανθρώπινη υγεία (κάτω των 0.05 ppm / 8 ώρες έκθεσης). Η καινοτομία της συγκεκριμένης πρότυπης διάταξης στοχεύει στην συνεχόμενη και αδιάλειπτη λειτουργία της με την ταυτόχρονη παρουσία του ανθρώπου μέσα στον χώρο που πρόκειται να απορρυπανθεί, αφού η περίσσεια συγκέντρωση όζοντος αποδομείται σε επίπεδα συγκέντρωσης μικρότερα των 0.05 ppm σύμφωνα με οδηγία του Διεθνούς Οργανισμού Υγείας (WHO).
Ερευνητικός στόχος λοιπόν της παρούσας εργασίας ήταν εστιασμένος στο θέμα της αποδόμησης του όζοντος που δημιουργείται για την καταστροφή των αέριων ρύπων και αφορά την σύνθεση και μελέτη επιλεγμένων οξειδίων μετάλλων μετάπτωσης (Cu, Ni και Mn) ώστε να χρησιμοποιηθούν ως φίλτρα στη διάταξη για την ταχύτατη αποδόμησή του. Παράλληλα, εξετάσαμε αν τα συγκεκριμένα μέταλλα μετάπτωσης συνδυασμένα μεταξύ τους υπό μορφή κράματος, ενισχύουν την καταλυτική δράση τους, επιφέροντας ακόμα καλύτερα αποτελέσματα, μειώνοντας τον χρόνο αποδόμησης του όζοντος. Τέλος, μελετήσαμε την συνεισφορά των παραμέτρων θερμοκρασία, υγρασία και αρχική συγκέντρωση όζοντος, σε συνάρτηση της ταχύτητας αποδόμησης του όζοντος, παράμετροι που επηρεάζουν τον συνολικό χρόνο λειτουργίας της διάταξης.
Στο πειραματικό μέρος, όσον αφορά την σύνθεση των υλικών υπό μορφή κόνεων επιλέχθηκε η μέθοδος της συγκαταβύθισης, η οποία συγκαταλέγεται στις υγρές χημικές μεθόδους σύνθεσης. Κατά την σύνθεση των κραμάτων, παρατηρήθηκε ότι ανεξαρτήτως της αρχικής αναλογίας των πρόδρομων διαλυμάτων ευνοείται ο σχηματισμός του κρυσταλλικού spinel CuNi0.5Mn1.5O4.
Ο έλεγχος της καταλυτικής δραστηριότητας των υλικών αυτών έναντι του όζοντος έγινε στην πρότυπη διάταξη παραγωγής και αποδόμησης του όζοντος, που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε για τον σκοπό αυτό. Παρατηρήθηκε ότι τα οξείδια των μετάλλων είναι πολύ δραστικά έναντι του όζοντος. Παράλληλα απεδείχθη πως ο συνδυασμός των συγκεκριμένων μετάλλων στην μορφή του συγκεκριμένου spinel επιφέρει εξ’ ίσου καλά αποτελέσματα στην αποδόμηση του όζοντος, χωρίς όμως να βελτιώνει τα χαρακτηριστικά αποδόμησης. Συμπερασματικά απεδείχθη ότι η χρήση δομής με το μαγγάνιο να βρίσκεται σε οξειδωτική κατάσταση +4, υπερτερεί έναντι όλων των υπολοίπων οξειδίων των μετάλλων και του spinel, που εξετάσθηκαν.
Τέλος, απεδείχθη ότι η καταλυτική δράση, οι παράμετροι της θερμοκρασίας και υγρασίας είναι τρεις αυτόνομοι μηχανισμοί αποδόμησης και δρουν ανεξάρτητα και αθροιστικά. Έτσι καταλήγουμε σε μια εμπειρική μαθηματική σχέση, ιδιαίτερα χρήσιμη για την προσέγγιση του χρόνου που απαιτείται ώστε να αποδομηθεί συγκεκριμένη συγκέντρωση όζοντος σε ασφαλείς τιμές για τον άνθρωπο, η οποία ισχύει σε δεδομένες συνθήκες για κάθε φίλτρο. Τα θετικά αυτά αποτελέσματα δημιουργούν τις προϋποθέσεις για την περαιτέρω μελέτη της συγκεκριμένης διάταξης και αξιοποίησή της ως μια οικονομική και αποτελεσματική διάταξη καταπολέμησης αέριων ρύπων εσωτερικών χώρων.
|
Περιβαλλοντική μελέτη πάνω σε καινούργια δομικά υλικά : μελέτη αποδόμησης του όζοντος από οξείδια μετάλλων μετάπτωσης για τον καθαρισμό του αέρα
