5. Nguyên tắc

Tiêu chuẩn này liên quan đến phát triển, so sánh, đảm bảo chất lượng, đặc tính, độ tin cậy và tạo ra bộ dữ liệu cho vật liệu xúc tác quang. Phương pháp này được sử dụng để xác định tính năng làm sạch không khí của vật liệu xúc tác quang bằng cách phơi mẫu thử trong mô hình không khí ô nhiễm khi chiếu xạ ánh sáng tử ngoại (UV-A). Focmaldehyt (HCHO) được chọn bởi vì chất này là chất ô nhiễm không khí trong phòng điển hình, gây nên hội chứng được gọi là hội chứng đau ốm do vật liệu xây dựng. Mẫu thử, được đặt trong thiết bị phản ứng quang kiểu dòng chảy, được kích hoạt bởi chiếu xạ UV và hấp phụ, oxy hóa focmaldehyt pha khí tạo thành carbon dioxit (CO₂) và các sản phẩm oxy hóa khác. Tính năng làm sạch không khí được xác định từ lượng focmaldehyt thực bị loại bỏ bởi mẫu thử (μmol). Sự hấp phụ đơn giản của HCHO bởi mẫu thử (không phải do chất xúc tác quang) được đánh giá bằng các thử nghiệm trong bóng tối. Tuy nhiên, một số mẫu thử hấp phụ focmaldehyt rất mạnh và nồng độ focmaldehyt ổn định không thể đạt được trong thời gian chỉ định của phép thử. Hoạt tính xúc tác quang phụ thuộc vào các tính chất lý học và hóa học của chất ô nhiễm, chủ yếu do quá trình hấp phụ liên quan. Để đánh giá tốt hơn tính năng làm sạch không khí của vật liệu xúc tác quang, nên kết hợp một hoặc nhiều hơn các phương pháp thử thích hợp như được mô tả trong các phần khác của TCVN 10141 (ISO 22197).

6. Thiết bị, dụng cụ

6.1. Thiết bị thử nghiệm

Thiết bị thử nghiệm cung cấp vật liệu xúc tác quang cần được kiểm tra đối với khả năng loại bỏ chất ô nhiễm bằng cách cung cấp khí thử liên tục, trong khi chiếu xạ quang kích hoạt các chất xúc tác quang. Thiết bị thử nghiệm tương tự như thiết bị được sử dụng trong phương pháp thử để loại bỏ nitơ oxit [TCVN 10141-1 (ISO 22197-1)] và bao gồm một bộ cấp khí thử nghiệm, một thiết bị phản ứng quang, một nguồn sáng và thiết bị đo chất ô nhiễm. Vì thử nghiệm các chất ô nhiễm có nồng độ thấp, nên hệ thống được chế tạo bằng vật liệu có độ hấp phụ thấp và độ bền đối với bức xạ tử ngoại (UV), ví dụ nhựa acrylic, thép không gỉ, thủy tinh và các polyme fluorocacbon). Ví dụ về hệ thống thử nghiệm được thể hiện trong Hình 1.

6.2. Bộ cấp khí thử nghiệm

Bộ cấp khí thử nghiệm cung cấp không khí bị ô nhiễm có các chất nhiễm bẩn theo mô hình tại nồng độ, nhiệt độ và độ ẩm xác định trước và cung cấp liên tục trong thiết bị phản ứng quang. Bộ cấp khí thử nghiệm bao gồm bộ điều khiển lưu lượng, máy tạo ẩm, máy trộn khí, v.v.... Tốc độ dòng của từng khí nằm trong khoảng 5 % của giá trị thiết kế, dễ dàng đạt được bằng cách sử dụng bộ điều khiển lưu lượng - khối lượng nhiệt, với tốc độ dòng khí đã hiệu chuẩn và nhiệt độ đã biết phù hợp với ISO 6145-7. Sự biểu thị tốc độ dòng khí trong tiêu chuẩn này là được chuyển đổi về trạng thái tiêu chuẩn (0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô). Lưu lượng điển hình của bộ điều khiển lưu lượng đối với khí ô nhiễm, không khí khô và không khí ướt tương ứng là 200 mL/min, 2000 mL/min và 2000 mL/min. Khí focmaldehyt chuẩn trong chai chứa khí, thông thường được cân bằng với nitơ, phải có phần thể tích từ 20 μL/L.

Kích thước tính bằng milimét

...

...

...

1

nguồn sáng

7

bộ điều khiển lưu lượng - khối lượng

2

cửa sổ quang học

8

máy trộn khí

3

...

...

...

9

máy tạo ẩm

4

khí chuẩn (chất ô nhiễm)

10

máy phân tích

5

hệ thống làm sạch không khí

11

...

...

...

6

máy nén khí

Hình 1 - Sơ đồ thiết bị thử nghiệm

6.3. Thiết bị phản ứng quang

Thiết bị phản ứng quang giữ cho mẫu thử phẳng trong phạm vi vùng lõm của chiều rộng 50 mm, có bề mặt song song với cửa sổ quang học để chiếu xạ quang. Thiết bị phản ứng phải được chế tạo từ vật liệu hấp phụ khí thử ít nhất và chịu được chiếu xạ ánh sáng UV-gần. Mẫu thử phải được tách khỏi cửa sổ bởi một lớp không khí dày 5,0 mm ± 0,5 mm. Mẫu thử sẽ chỉ đi qua không gian giữa mẫu thử và cửa sổ. Khoảng trống này phải được thiết lập chính xác theo độ dày của mẫu thử, ví dụ bằng cách sử dụng các đĩa điều chỉnh độ cao có các độ dày khác nhau, như được thể hiện trong Hình 2 a). Khi vật liệu loại màng lọc được thử nghiệm, phải sử dụng một loại giá đỡ mẫu thử khác, loại này đỡ mẫu thử trong khi cho phép khí thử đi qua các tế bào của bộ lọc khí đang chiếu xạ (Hình 2 b). Cửa sổ quang học được làm bằng kính thạch anh hoặc borosilicat hấp thụ tối thiểu ánh sáng tại bước sóng dài hơn 300 nm.

Kích thước tính bằng milimet

...

...

...

b) Đối với các mẫu thử loại lọc

CHÚ DẪN

1

cửa sổ quang học

2

mẫu thử

3

dòng khí thử

...

...

...

đĩa điều chỉnh độ cao

5

độ dày lớp không khí

6

kênh lưu lượng

7

giá đỡ mẫu thử

Hình 2 - Mặt cắt ngang của thiết bị phản ứng quang (trục)

6.4. Nguồn sáng

...

...

...

6.5. Hệ thống phân tích

Khí thử nghiệm được lấy mẫu sử dụng hộp lấy mẫu, bộ điều khiển lưu lượng và bơm theo quy định trong ISO 16000-3. Nồng độ của focmaldehyt phải được xác định bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao dẫn xuất 2,4-dinitorphenylhydrazine (DNPH-HPLC). Phải sử dụng thuốc thử, thiết bị và quy trình theo quy định trong ISO 16000-3. Các phương pháp phân tích khác mang lại hiệu quả tương đương hoặc tốt hơn có thể được sử dụng.

7. Mẫu thử

Mẫu thử phải là vật liệu phẳng hoặc vật liệu rỗ tổ ong, có chiều rộng 49,5 mm ± 0,5 mm và chiều dài 99,5 mm ± 0,5 mm. Mẫu thử có thể được cắt thành các kích thước này từ vật liệu đống lớn hơn hoặc tấm đã phủ, hoặc có thể được chuẩn bị một cách đặc biệt đối với phép thử bằng cách phủ một nền trước khi cắt. Độ dày của mẫu thử lý tưởng phải nhỏ hơn 5 mm, để giảm thiểu sự phân bố xúc tác quang từ các mặt bên. Nếu sử dụng các mẫu thử dày để thử nghiệm, các mặt bên phải được bịt kín bằng vật liệu trơ trước khi thử nghiệm. Mẫu thử loại rỗ tổ ong không được dày hơn 20 mm.

8. Cách tiến hành

8.1. Quy định chung

Quy trình thử bao gồm tiền xử lý mẫu thử, quá trình hấp phụ trong bóng tối và phép đo loại bỏ focmaldehyt. Ví dụ về sự thay đổi nồng độ của focmaldehyt trong quá trình thử được trình bày trong Hình 3. Một số mẫu thử có thể không cho sự loại bỏ chính xác focmaldehyt vì hoạt tính xúc tác quang thấp hơn. Trong trường hợp này, sự nạp focmaldehyt trên mẫu thử có thể bị giảm theo quy trình trong Điều 10.

CHÚ DẪN

...

...

...

thời gian (min)

Y

nồng độ focmaldehyt (μL/L)

1

bắt đầu chiếu xạ

2

ngừng chiếu xạ

Hình 3 - Vết điển hình của nồng độ focmaldehyt trong quá trình thực hiện thử nghiệm

8.2. Tiền xử lý mẫu thử

...

...

...

8.3. Chuẩn bị phép thử

8.3.1. Điều chỉnh bộ cấp khí thử trước sao cho nó có thể cung cấp ổn định khí thử nghiệm có chứa 1,0 μL/L ± 0,1 μL/L focmaldehyt và 1,56 % ± 0,16 % phần thể tích hơi nước tại 25,0 °C ± 2,5 °C. Phần thể tích hơi nước này là tương đương với độ ẩm tương đối 50 % tại 25 °C. Cài đặt tốc độ dòng chảy tại 3,0 L/min (0 °C, 101,3 kPa, nền khí khô) tại cổng vào thiết bị phản ứng quang. Đo và ghi chiếu xạ từ nguồn sáng. Đối với nguồn sáng cần làm ấm, bật công tắc trước khi đo bức xạ và chiếu xạ đối với thử nghiệm loại bỏ focmaldehyt. Sử dụng lá chắn sáng thích hợp để tránh chiếu xạ không cần thiết với thiết bị phản ứng quang.

8.3.2. Đặt mẫu thử vào tâm thiết bị phản ứng và gắn cửa sổ kính sau khi điều chỉnh lớp không khí giữa mẫu thử và cửa sổ là 5,0 mm ± 0,5 mm. Nếu cần, sử dụng các đĩa điều chỉnh độ cao để điều chỉnh độ cao trước và sau khi mẫu thử trong khoảng độ chênh lệch 1,0 mm trên đỉnh của mẫu thử. Kiểm tra thiết bị phản ứng được bịt kín bằng cách quan sát vật liệu bịt, như vòng chữ O để tiếp xúc kín cửa sổ thủy tinh.

8.4. Thử nghiệm trước

Nồng độ của focmaldehyt không thể nhận được ngay bằng phương pháp DNPH/HPLC. Do vậy, thời gian hấp phụ focmaldehyt đạt tới bão hòa trong điều kiện bóng tối không thể xác nhận được trong quá trình thử. Vì lý do này, phải thực hiện thử nghiệm trước như sau. Nếu thời gian để bão hòa có thể xác nhận được trong quá trình thử, không cần thử nghiệm trước.

Sau khi tiền xử lý mẫu thử trong 8.2 và chuẩn bị thử nghiệm trong 8.3, đưa khí thử nghiệm vào thiết bị phản ứng. Cứ sau 15 min đo nồng độ của focmaldehyt trong điều kiện tối trong thời gian 90 min. Khi nồng độ tại đường ra của thiết bị phản ứng trở nên giống với nồng độ khí cung cấp trong khoảng 30 min, khi đó thời gian đó có thể là thời gian của điều kiện tối. Khi nồng độ của focmaldehyt nhỏ hơn 90 % của nồng độ sau 30 min, thời gian của điều kiện tối phải là thời gian khi nồng độ vượt quá 90 % đối với thời gian đầu tiên, khi đó không áp dụng TCVN 10141-4 (ISO 22197-4).

8.5. Phép thử loại bỏ

8.5.1. Tiến hành quy trình tiền xử lý như trong 8.2 và chuẩn bị như trong 8.3.

8.5.2. Nếu thử nghiệm trước trong 8.4 đã được thực hiện, cung cấp khí thử nghiệm vào thiết bị phản ứng quang đối với thời gian đã được xác định trước. Nếu thử nghiệm chưa được thực hiện, tiến hành như sau. Đưa khí thử nghiệm cho thiết bị phản ứng quang và ghi lại sự thay đổi về nồng độ của focmaldehyt trong 30 min để quan sát quá trình hấp phụ của mẫu thử. Nếu nồng độ của focmaldehyt khớp với cùng mức nồng độ của nồng độ cung cấp, tại điểm đó, bắt đầu chiếu xạ ánh sáng. Tuy nhiên, sau 30 min và khi nồng độ focmaldehyt vẫn còn dưới 90 % nồng độ cung cấp, tiếp tục cho đến khi nó vượt 90 %. Nếu nó không vượt 90 % thậm chí sau 90 min, phương pháp thử này không được áp dụng.

...

...

...

8.5.4. Dừng cung cấp khí cho thiết bị phản ứng và lấy mẫu thử ra khỏi thiết bị phản ứng.

CHÚ THÍCH: Khi mẫu thử được sử dụng trong thử nghiệm trước được sử dụng lại trong thử nghiệm chính, tiền xử lý trong 8.2 phải được lặp lại.

9. Tính kết quả

Kết quả thử nghiệm phải được tính như sau. Các giá trị tính được thường được làm tròn đến một dấu thập phân theo quy định tại TCVN 7870-1 (ISO 80000-1). Nồng độ focmaldehyt quan sát được trước khi hiệu chính hơi nước phải được sử dụng để tính toán. Tốc độ dòng khí thử f là 3,0 L/min, được chuẩn hóa về 0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô, và sau đó được nhân với hệ số 1,016 để hiệu chính hơi nước. Phần trăm loại bỏ focmaldehyt (R_F) được tính theo công thức (1). Khi R_F hoặc nhỏ hơn 5 % hoặc lớn hơn 95 %, R_F được biểu thị là "nhỏ hơn 5 %" hoặc "lớn hơn 95 %". Khi đó, lượng focmaldehyt bị loại bỏ (n_F) được tính theo công thức (2). Khi R_F hoặc nhỏ hơn 5 % hoặc lớn hơn 95 %, n_F được biểu thị tương ứng là "nhỏ hơn (0,136 ø_F0f) μmol" hoặc "lớn hơn (2,585 ø_F0f) μmol".

(1)

(2)

trong đó

...

...

...

là phần trăm loại bỏ của focmaldehyt bởi mẫu thử (%);

n_F

là lượng focmaldehyt bị mẫu thử lấy đi (μmol);

ø_F0

là phần thể tích cung cấp của focmaldehyt (μL/L);

ø_F

là phần thể tích của focmaldehyt tại cổng ra thiết bị phản ứng (μL/L);

f

là tốc độ dòng khí thử nghiệm được chuyển đổi về trạng thái tiêu chuẩn (L/min, 0°C, 101,3 kPa, nền khí khô).

...

...

...

Trong trường hợp phần trăm loại bỏ nhỏ hơn 5 % và kết quả chắc chắn hơn được yêu cầu, số lượng mẫu thử và tốc độ dòng của khí thử nghiệm có thể bị biến đổi tại cùng thời điểm, như trình bày trong Bảng 1. Tuy nhiên lượng focmaldehyt loại bỏ xuất hiện trong báo cáo thử nghiệm phải là một nửa giá trị tính được từ công thức (2), cũng như sử dụng tốc độ dòng là 1,5 L/min. Khi điều kiện thử bị thay đổi, nó được yêu cầu để xác nhận thời điểm hấp phụ (điều kiện tối) tại điều kiện thử bị biến đổi.

Bảng 1 - Điều kiện thử nghiệm thay thế

Điều kiện thử nghiệm thay thế

Giá trị sau khi thay đổi

Tốc độ dòng chảy khí thử nghiệm

1,5 L/min

Số lượng mẫu thử

2 mẫu

11. Báo cáo thử nghiệm

...

...

...

a) Tên và địa chỉ của đơn vị thử nghiệm;

b) Ngày thử nghiệm, tên và địa chỉ khách hàng;

c) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa là được xác định phù hợp với TCVN 10141-4 (ISO 22197-4);

d) Ngày thử nghiệm, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, v.v...;

e) Mô tả mẫu thử (vật liệu, kích cỡ, hình dạng, v.v...);

f) Mô tả thiết bị thử nghiệm (đặc điểm kỹ thuật, v.v...);

g) Điều kiện thử nghiệm (loại khí ô nhiễm, nồng độ cung cấp, nồng độ hơi nước, tốc độ dòng, loại nguồn sáng, chiếu rọi, máy phân tích và bức xạ kế được sử dụng, điều kiện tiền xử lý, sửa đổi trong Điều 10, v.v...).

h) Lượng focmaldehyt được loại bỏ trong 1 h cuối, phần trăm focmaldehyt bị loại bỏ (tùy chọn).

i) Các chất bất kỳ quan trọng đặc biệt, như sự thay đổi trong mẫu thử được ghi chú trong quá trình thử nghiệm.

...

...

...

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  ISO 4677-1:1985, Atmospheres for conditioning and testing - Determination of relative humidity - Part 1: Aspirated psychrometer method (Khí quyển cho ổn định và thử nghiệm - Xác định độ ẩm tương đối - Phần 1: Phương pháp ẩm kế hút).

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10141-4:2015 (ISO 22197-4:2013) về Gốm mịn (gốm cao cấp, gốm kỹ thuật cao cấp) - Phương pháp xác định tính năng làm sạch không khí của vật liệu bán dẫn xúc tác quang - Phần 4: Loại bỏ focmaldehyt