Tiêu chuẩn TCVN 10141-2:2013 Tính năng loại bỏ acetaldehyd trong không khí của vật liệu gốm

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10141-2:2013

ISO 22197-2:2011

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 2: LOẠI BỎ ACETALDEHYD

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for air-purification performance of semiconducting photocatalytic materials - Part 2: Removal of acetaldehyde

Lời nói đầu

TCVN 10141-2:2013 hoàn toàn tương đương với ISO 22197-2:2011.

TCVN 10141-2:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC206 Gốm cao cấp biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10141, chấp nhận bộ tiêu chuẩn ISO 22197, gồm các tiêu chuẩn dưới đây có tên chung 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:

- TCVN 10141-1:2013 (ISO 22197-1:2007) Phần 1: Loại bỏ nitơ oxit

- TCVN 10141-2:2013 (ISO 22197-2:2011) Phần 2: Loại bỏ acetaldehyd

- TCVN 10141-3:2013 (ISO 22197-3:2011) Phần 3: Loại bỏ toluen

 

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 2: LOẠI BỎ ACETALDEHYD

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for air-purification performance of semiconducting photocatalytic materials - Part 2: Removal of acetaldehyde

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử tính năng làm sạch không khí của vật liệu có chứa chất xúc tác quang hoặc có màng xúc tác quang trên bề mặt, thường được làm từ các oxit kim loại bán dẫn, như titan dioxit hoặc các vật liệu gốm khác, bằng cách phơi mẫu thử liên tục trong mô hình không khí ô nhiễm khi chiếu xạ ánh sáng tử ngoại (UV-A). Tiêu chuẩn này được sử dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau, như vật liệu xây dựng ở dạng tấm phẳng, dạng bảng hoặc dạng đĩa, đó là những dạng cơ bản của vật liệu đối với các ứng dụng khác nhau. Tiêu chuẩn này cũng áp dụng đối với các vật liệu có cấu trúc lọc bao gồm dạng cấu trúc tổ ong, sợi len hoặc không phải len và đối với chất dẻo hoặc vật liệu giấy nếu chúng có chứa vi tinh thể gốm và compozit. Tiêu chuẩn này không áp dụng đối với vật liệu xúc tác quang dạng bột và dạng hạt.

Phương pháp thử này được áp dụng đối với các vật liệu xúc tác quang được sản xuất để làm sạch không khí. Phương pháp này không phù hợp để xác định các tính năng khác của vật liệu xúc tác quang, có nghĩa là phân hủy các chất nhiễm bẩn nước, tự làm sạch, chống mờ và hoạt tính chống khuẩn. Tiêu chuẩn này liên quan đến sự loại bỏ acetaldehyd.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6910-2:2001 (ISO 5725-2:1994), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo - Phần 2: Phương pháp cơ bản xác định độ lặp lại và độ tái lập của phương pháp đo tiêu chuẩn.

TCVN 7870-1:2010 (ISO 80000-1:2009), Đại lượng và đơn vị - Phần 1: Tổng quan.

TCVN 10141-1:2013 (ISO 22197-1:2007), 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 1: Loại bỏ nitơ oxit.

TCVN ISO/IEC 17025:2007 (ISO/IEC 17025:2005) Yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn.

ISO 2718:1974, Standard layout for a method of chemical analysis by gas chromatography (Cách trình bày phương pháp phân tích hóa học bằng sắc ký khí).

ISO 4224:2000, Ambient air - Determination of carbon monoxide - Non-dispersive infrared spectrometric method (Không khí xung quanh - Xác định carnbon monoxide - Phương pháp quang phổ hồng ngoại không tán xạ).

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

ISO 6145-7:2001, Gas analysis - Preparation of calibration gas mixture using dynamic volumetric methods - Part 7: Thermal mass-flow controllers (Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn sử dụng phương pháp thể tích động học - Phần 7: Bộ điều khiển nhiệt khối lượng - lưu lượng).

ISO 10677, Fine ceramics (advanced ceramics, technical advanced ceramics) - Ultraviolet light source for testing semiconducting photocatalytic materials (Gốm mịn (gốm cao cấp, gốm kỹ thuật cao cấp) - Nguồn sáng tử ngoại để thử nghiệm vật liệu bán dẫn xúc tác quang).

ISO 16000-3:2001, Indoor air - Part 3: Determination of formaldehyde and other carbonyl compounds - Active sampling method (Không khí trong nhà - Phần 3: Xác định formaldehyd và các hợp chất carbonyl khác - Phương pháp lấy mẫu hoạt tính).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau

3.1. Chất xúc tác quang (photocatalyst)

Chất thực hiện một hoặc nhiều chức năng dựa trên phản ứng oxy hóa khử dưới chiếu xạ tử ngoại (UV), gồm sự phân hủy và loại bỏ các chất nhiễm bẩn không khí và nước, khử mùi và hoạt tính kháng khuẩn, tự làm sạch và chống mờ.

3.2. Vật liệu xúc tác quang (photocatalytic materials)

Vật liệu trong, hoặc trên nó, chất xúc tác quang được thêm vào bằng cách phủ, tẩm, trộn, v.v....

CHÚ THÍCH: Các vật liệu xúc tác quang được sử dụng làm vật liệu xây dựng và làm đường để có được các chức năng như đề cập ở trên.

3.3. Khí hiệu chuẩn điểm zero (zero calibration gas)

Không khí không chứa các chất ô nhiễm (có nghĩa là trong đó các chất ô nhiễm thông thường dưới 0,01 mL/L)

CHÚ THÍCH: Khí hiệu chuẩn điểm zero được chuẩn bị từ không khí trong nhà sử dụng hệ thống làm sạch không khí phòng thử nghiệm hoặc được cung cấp là không khí tổng hợp trong chai chứa khí.

3.4. Khí chuẩn (standard gas)

Khí pha loãng có nồng độ đã biết được cung cấp trong chai chứa và được chứng nhận bởi phòng thử nghiệm đã được công nhận.

3.5. Khí thử nghiệm (test gas)

Hỗn hợp không khí và các chất ô nhiễm đã biết nồng độ được chuẩn bị từ khí tiêu chuẩn hoặc khí hiệu chuẩn điểm zero, được sử dụng cho phép thử tính năng của vật liệu xúc tác quang.

CHÚ THÍCH: Tốc độ dòng, nồng độ, v.v... được biểu thị ở trạng thái tiêu chuẩn (0 °C, 101,3 kPa) và nền khí khô (ngoại trừ hơi nước)

3.6. Điều kiện tối (dark condition)

Điều kiện thử không có chiếu xạ ánh sáng bằng nguồn sáng để thử nghiệm và chiếu sáng phòng.

CHÚ THÍCH: Khí thử thường được cấp để so sánh với phản ứng được chiếu xạ.

4. Ký hiệu

f	tốc độ dòng không khí ở trạng thái tiêu chuẩn (0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô) (l/min)
fA	phần thể tích acetaldehyd tại cổng ra thiết bị phản ứng (mL/L)
fA0	phần thể tích acetaldehyd trong khí thử (mL/L)
fCO2	phần thể tích carbon dioxit (CO2) được tạo ra do chiếu xạ UV (mL/L)
fCO2,L	phần thể tích của carbon dioxit tại cổng ra thiết bị phản ứng khi chiếu xạ UV (mL/L)
fCO2,D	phần thể tích của carbon dioxit tại cổng ra thiết bị phản ứng trong điều kiện tối (mL/L)
fCO2,Dpost	phần thể tích của carbon dioxit trong điều kiện tối sau khi chiếu xạ UV (mL/L)
fCO2,Dpre	phần thể tích của carbon dioxit trong điều kiện tối trước khi chiếu xạ UV (mL/L)
nA	lượng acetaldehyd bị loại ra khỏi mẫu thử (mmol)
nCO2	lượng CO2 được chuyển đổi từ acetaldehyd (mmol)
RA	phần trăm acetaldehyd bị loại ra khỏi mẫu thử (%l)
RCO2	sự chuyển đổi từ acetaldehyd thành CO2 (%)

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 (Tài liệu tham khảo [3] trong Thư mục tài liệu tham khảo). 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) (Tài liệu tham khảo [4] trong Thư mục tài liệu tham khảo). Acetaldehyd (CH₃CHO) được chọn là hợp chất hữu cơ bay hơi điển hình (VOC) có khối lượng phân tử thấp và mùi khó chịu. 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 acetaldehyd 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 acetaldehyd, tính bằng phần trăm, bị hấp phụ bởi mẫu thử, tính bằng micromole (mmol). Sự hấp phụ đơn giản 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 acetaldehyd rất mạnh và nồng độ acetaldehyd 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 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. Nó 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, 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, thủy tinh borosilicat). Ví dụ về hệ thống thử nghiệm được thể hiện trong Hình 1.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ DẪN

1 nguồn sáng	7 bộ điều khiển lưu lượng - khối lượng
2 cửa sổ quang học	8 máy trộn khí
3 mẫu thử	9 máy tạo ẩm
4 khí chuẩn (chất ô nhiễm)	10 máy phân tích
5 hệ thống làm sạch không khí	11 lỗ thông hơi
6 máy nén khí

Hình 1 - Sơ đồ thiết bị thử nghiệm

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 xác định trước, nhiệt độ và độ ẩm và cung cấp nó liên tục trong thiết bị phản ứng. Nó bao gồm bộ điều khiển dòng chảy, máy tạo ẩm, máy trộn khí, v.v.... Tốc độ dòng chảy của từng khí nằm trong khoảng 5 % của giá trị thiết kế, dễ dàng đạt được bằng cách sử dụng bộ điều khiển nhiệt khối lượng - lưu lượng, với sự hiểu biết về tốc độ dòng chảy khi đã hiệu chuẩn và nhiệt độ phù hợp với ISO 6145-7. Sự biểu thị tốc độ dòng khí trong tiêu chuẩn này là ở trạng thái tiêu chuẩn (0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô). Công suất điển hình của bộ điều khiển lưu lượng đối với khí ô nhiễm, không khí khô và không khí ướt tương ứng là 100 mL/min, 1000 mL/min và 1000 mL/min. Khí acetaldehyd tiêu chuẩn trước khi pha loãng, thông thường được cân bằng với nitơ trong chai chứa khí, phải có phần thể tích từ 50 mL/L đến 250 mL/L. Không khí tổng hợp (N₂ + O₂ như được cung cấp trong chai chứa khí) phải được sử dụng để pha loãng khi CO₂ từ acetaldehyd cũng được đo.

6.3. Thiết bị phản ứng

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, 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 chất xúc tác quang 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 khi 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.

6.4. Nguồn sáng

Nguồn sáng cho chiếu xạ UV-A trong dải bước sóng từ 300 nm đến 400 nm. Nguồn thích hợp bao gồm đèn huỳnh quang ánh sáng đen (BL) và xanh ánh sáng đen (BLB), có bước sóng lớn nhất tại 351 nm hoặc 368 nm, theo quy định tại ISO 10677, và đèn xenon có bộ lọc quang bức xạ chặn dưới 300 nm. Trong trường hợp đèn arc xenon, hệ thống làm lạnh phải được sử dụng phù hợp với ISO 10677. Mẫu thử phải được chiếu xạ một cách đồng đều qua cửa sổ bằng nguồn sáng. Trong trường hợp thử nghiệm chất xúc tác quang dạng rỗ tổ ong, nguồn sáng được chiếu xạ trên một mặt của mẫu thử. Nguồn sáng yêu cầu làm ấm phải được trang bị tấm chắn sáng. Khoảng cách giữa nguồn sáng và thiết bị phản ứng phải được điều chỉnh sao cho chiếu xạ UV (300 nm đến 400 nm) vào bề mặt mẫu là 10 W/m² ± 0,5 W/m². Khoảng cách phải được xác định một cách độc lập không sử dụng thiết bị phản ứng quang. Bức xạ kế UV phù hợp với ISO 10677 phải được đặt đằng sau cửa sổ quang học hoặc tương đương, tại cùng mức với mẫu thử đang được thử nghiệm. Chiếu xạ dọc theo chiều dài của mẫu thử cũng phải không đổi trong phạm vi ± 5 %. Thiết bị phản ứng phải được che chắn khỏi ánh sáng bên ngoài nếu cần.

Kích thước tính bằng milimet

a) Đối với các mẫu thử phẳng

b) Đối với các mẫu thử loại lọc

CHÚ DẪN

1 cửa sổ quang học

2 mẫu thử

3 dòng khí thử

4 đĩa điều chỉnh độ cao

5 kênh lưu lượng

6 giá đỡ mẫu thử

^a độ dày lớp không khí

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

6.5. Hệ thống phân tích acetaldehyd

Nồng độ acetaldehyd phải được xác định bằng sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao dẫn xuất 2,4-dinitrophenylhydrazin (DNPH/HPLC).

Trong trường hợp sắc ký khí, có thể sử dụng hoặc cột nhồi hoặc cột mao quản, theo mô tả trong ISO 2718, nó có thể tách các hợp chất hữu cơ thấp hơn. Sự phát hiện này được thực hiện bởi detector ion hóa ngọn lửa (FID) hoặc detector ion quang hóa (PID), Khí thử được lấy mẫu bằng xylanh kín khí. Tuy nhiên, sử dụng van sáu chiều được khuyến nghị đối với độ tái lập và lấy mẫu tự động. Biểu đồ lưu lượng khi sử dụng van sáu chiều được trình bày trong Hình 3. Bơm lấy mẫu nhỏ liên tục thông ống met với khí thử. Bơm này được dừng khi khí thử được lấy mẫu bằng cách bật van sáu chiều. Thể tích của ống mét điển hình là 0,5 mL, nhưng nó cũng phải được xác định bởi độ nhạy của hệ thống phân tích.

Trong trường hợp phương pháp DNPH/HPLC, phải sử dụng thuốc thử, thiết bị và quy trình được quy định trong ISO 16000-3.

6.6. Hệ thống phân tích CO₂

Nồng độ CO₂ phải được xác định bằng cách sử dụng thiết bị phân tích CO₂ không tán xạ hồng ngoại hoặc sắc ký khí với lò metan hóa. Hiệu chuẩn hệ thống phải được thực hiện phù hợp với ISO 4224 hoặc ISO 2718. Trong trường hợp sắc ký khí, khí thử phải được lấy mẫu như mô tả tại 6.5.

CHÚ DẪN

1 thiết bị phản ứng quang	5 bơm lấy mẫu
2 van sáu chiều	6 sắc ký khí
3 khí mang	7 thông thoáng
4 ống mét	8 FID

Hình 3 - Hệ thống lấy mẫu khí

7. Mẫu thử

Mẫu thử phải là vật liệu phẳng hoặc vật liệu lọc, có chiều rộng 49,5 mm ± 0,5 mm và chiều dài 99,5 mm ± 0,5 mm. Nó 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 lọc 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 acetaldehyd và tạo thành CO₂ dưới chiếu xạ quang. Ví dụ về sự thay đổi nồng độ của acetaldehyd và CO₂ trong quá trình thử được trình bày trong Hình 4. Phép đo CO₂ có thể không khả thi đối với một vài mẫu thử. Một số mẫu thử có thể không cho sự loại bỏ chính xác acetaldehyd vì hoạt tính xúc tác quang thấp. Trong trường hợp này, sự nạp acetaldehyd trên mẫu thử có thể bị giảm theo quy trình trong Điều 10.

CHÚ DẪN

X thời gian (min)

Y CH₃CHO, CO₂

1 khởi động chiếu xạ

2 kết thúc chiếu xạ

Hình 4 - Vết điển hình của acetaldehyd và nồng độ CO₂ trong quá trình vận hành phép thử

8.2. Tiền xử lý mẫu thử

Chiếu xạ mẫu thử với một đèn tử ngoại trong ít nhất 16 h (đến 24 h) để phân hủy chất hữu cơ cặn lắng trên mẫu thử. Chiếu xạ UV trên bề mặt mẫu phải là cao vừa đủ để đảm bảo phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ (15 W/m² hoặc cao hơn). Nếu các mẫu thử không được thử ngay sau bước tiền xử lý này, chúng phải được bảo quản trong vật chứa kín khí.

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 có chứa 5,0 mL/L ± 0,25 mL/L acetaldehyd 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. Phép đo độ ẩm phải được thực hiện khi sử dụng quy trình tại ISO 4677-1. Đo và ghi lại bức xạ từ nguồn sáng. Đối với nguồn sáng yêu cầu làm ấm, bật nguồn điện trước khi phép đo chiếu xạ và chiếu xạ đối với phép thử loại bỏ acetaldehyd. Sử dụng vật che thích hợp để tránh bức xạ không cần thiết đối 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 không gian giữa mẫu thử và cửa sổ là 5,0 mm ± 0,5 mm. Nếu cần, sử dụng các đĩa điều chỉnh độ cao để sử dụng cho mục đích này, 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

Nếu nồng độ của acetaldehyd được xác định bằng phương pháp DNPH/HPLC, nồng độ có thể không nhận được ngay tức thì. Do vậy, thời gian hấp phụ acetaldehyd 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 nồng độ được xác định bằng sắc ký khí và 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 vào thiết bị phản ứng. Đo nồng độ của acetaldehyd trong điều kiện tối mỗi 15 min trong 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 acetaldehyd 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 10141-2 (ISO 22197-2).

8.5. Phép thử loại bỏ acetaldehyd và chuyển đổi CO₂

8.5.1. Để giảm nồng độ của CO₂ trong khí hiệu chuẩn điểm zero, tiến hành phép thử như sau sử dụng không khí tổng hợp trong bình chứa khí có CO₂ nhỏ hơn 0,1 mL/L.

8.5.2. Đặt mẫu thử theo 8.3. Khi mẫu thử đã sử dụng trong thử nghiệm trước được sử dụng lại, phải thực hiện lại bước tiền xử lý được mô tả tại 8.2.

8.5.3. Cung cấp thể tích lớn vừa đủ không khí không có CO₂ vào thiết bị phản ứng quang để lọc CO₂ khỏi hệ thống.

Tốc độ dòng không cần thiết phải là 1,0 L/min. Tốc độ dòng càng cao thì CO₂ trong hệ thống có thể được lấy ra càng nhanh.

8.5.4. Cung cấp khí hiệu chuẩn điểm zero với phần thể tích 1,56 % của hơi nước tại 25,0 °C ± 2,5 °C và đo nồng độ CO₂. Chắc chắn rằng nồng độ CO₂ thấp và ổn định. Đo nồng độ CO₂ khi chiếu xạ. Sau đó tắt đèn và đo lại nồng độ CO₂. Nếu chênh lệch nồng độ CO₂ là nhỏ hơn 1 mL/L giữa lần đo với đèn bật và đèn tắt, chuyển sang bước tiếp theo. Nếu lượng lớn CO₂ quan sát được sinh ra khi đèn được bật, có thể hiểu được rằng mẫu thử không được tiền xử lý tốt và nó bị nhiễm tạp chất hữu cơ hoặc chất dính vào mẫu thử bị phân hủy bởi chiếu xạ UV. Khi điều kiện trước không đáp ứng thậm chí sau khi tiền xử lý chiếu xạ UV đủ, v.v... khi đó không đo chuyển đổi CO₂ (tiến hành theo 8.6) và báo cáo là mẫu thử không ổn định sau khi tiền xử lý.

Thay đổi nồng độ CO₂ trong 30 min phải không cao hơn 0,1 mL/L.

8.5.5. Sẵn sàng đo theo quy trình mô tả tại 8.3.1.

8.5.6. Nếu thử nghiệm trước đã được thực hiện, cung cấp khí thử vào thiết bị phản ứng quang cho đến khi thời gian của điều kiện tối (hấp phụ) được thiết lập trước đó (nếu thời gian nhỏ 30 min, cung cấp đến 30 min) và đo nồng độ CO₂. Nếu thử nghiệm chưa được thực hiện, tiến hành như sau. Trước tiên, cung cấp khí thử cho thiết bị phản ứng quang và ghi lại sự thay đổi về nồng độ của acetaldehyd và CO₂ trong điều kiện tối, để kiểm tra tính hấp phụ của mẫu thử trong 30 min. Tuy nhiên, nếu nồng độ của acetaldehyd nhỏ hơn 90 % nồng độ khí cung cấp sau 30 min, tiếp tục cho đến khi nó vượt quá phần trăm này. Nếu nồng độ không vượt quá 90 % sau 90 min, dừng phép đo và báo cáo rằng phép thử không áp dụng đối với mẫu thử đã sử dụng. Trung bình của các nồng độ CO₂ đo được trong 30 min cuối (nhiều hơn 2 điểm) là nồng độ của CO₂ trong điều kiện tối trước khi chiếu xạ UV.

8.5.7. Duy trì lưu lượng khí và bắt đầu chiếu xạ mẫu thử và ghi lại nồng độ của acetaldehyd và CO₂ dưới chiếu xạ quang trong 3 h liên tục. Vì sự phân hủy xúc tác quang của acetaldehyd xảy ra, nồng độ của acetaldehyd giảm và nồng độ của CO₂ tăng như trình bày trong Hình 4, và chúng trở nên ổn định theo thời gian. Đo nồng độ liên tục như mong muốn, tuy nhiên, nếu có giới hạn về số lượng phép đo, ít nhất 1 điểm đo trong 1 h phải được thực hiện. Nói chung, cần nhiều hơn 3 điểm đo có được thực hiện trong 1 h cuối (120 min đến 180 min sau khi chiếu xạ). Nồng độ của acetaldehyd (f_A) được sử dụng để tính tốc độ loại bỏ và nồng độ CO₂ (f_CO2) là giá trị trung bình (nhiều hơn 3 điểm) của nồng độ được đo trong 1 h cuối. Nếu độ lệch chuẩn tương đối của 3 phép đo cuối của f_A vượt quá 20 %, báo cáo tính không ổn định này với các lý do có thể, như khử hoạt tính của mẫu thử.

8.5.8. Dừng chiếu xạ quang, trở lại điều kiện tối và đo nồng độ CO₂. Sau khi nồng độ CO₂ lắng xuống, giá trị trung bình (đối với nhiều hơn 2 điểm) trong suốt giai đoạn 30 min này được báo cáo là nồng độ CO₂ trong điều kiện tối sau khi chiếu xạ UV (f_CO2,Dpost).

Sự thay đổi nồng độ CO₂ trong 30 min phải không được cao hơn 0,1 mL/L.

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

8.6. Thử nghiệm loại bỏ acetaldehyd (khi nồng độ CO₂ không thể xác định được)

8.6.1. Tiền xử lý mẫu thử và chuẩn bị để thử nghiệm theo 8.2 và 8.3.

8.6.2. Nếu thử nghiệm trước (8.4) đã thực hiện, cho khí thử vào dòng chảy vào thiết bị phản ứng quang cho đến khi thời gian hấp phụ (điều kiện tối) đã được xác định trước đó. Nếu thử nghiệm trước không thực hiện, tiến hành như sau. Cung cấp khí thử vào thiết bị phản ứng quang trong điều kiện tối và đo nồng độ của acetaldehyd. Khởi động bức xạ quang khi nồng độ acetaldehyd trở nên giống với nồng độ khí cung cấp. Nếu nồng độ của acetaldehyd nhỏ hơn 90 % nồng độ của khí cung cấp sau 30 min, tiếp tục cho đến khi nó vượt quá phần trăm này. Nếu nồng độ không vượt quá 90 % sau 90 min, dừng phép đo và báo cáo rằng phương pháp thử này không áp dụng đối với mẫu thử.

8.6.3. Duy trì lưu lượng khí và bắt đầu chiếu xạ mẫu thử và ghi lại nồng độ của acetaldehyd dưới chiếu xạ quang trong 3 h liên tục. Khi sự phân hủy xúc tác quang của acetaldehyd xảy ra, nồng độ của acetaldehyd giảm như trình bày trong Hình 4, và chúng trở nên ổn định kịp thời. Nồng độ aetaldehyd tốt nhất là được đo liên tục. Tuy nhiên, nếu số lượng phép đo được giới hạn vì phương pháp phân tích (có nghĩa là DNPH/HPLC), nhiều hơn 1 phép đo phải được tiến hành trong khoảng thời gian 1 h hoặc ít hơn. Nói chung, nhiều hơn 3 điểm đo có được thực hiện trong 1 h cuối (120 min đến 180 min sau khi chiếu xạ). Nồng độ của acetaldehyd (f_A) được sử dụng để tính tốc độ loại bỏ và nồng độ CO₂ (f_CO2) là giá trị trung bình (nhiều hơn 3 điểm) của nồng độ được đo trong 1 h cuối. Nếu độ lệch chuẩn tương đối của 3 phép đo cuối của f_A vượt quá 20 %, báo cáo tính không ổn định này với các lý do khả thi, như khử hoạt tính của mẫu thử.

8.6.4. Dừng chiếu xạ quang và xác nhận rằng nồng độ acetaldehyd quay trở lại nồng độ khí cung cấp (5,0 mL/L).

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

9. Tính toán

9.1. Phương pháp tính

Kết quả thử nghiệm phải được tính như sau. Các giá trị tính được luôn luôn được làm tròn đến một dấu thập phân phù hợp với TCVN 7870-1 (ISO 80000-1). Nồng độ acetaldehyd và CO₂ quan sát được trước khi hiệu chính hơi nước phải được sử dụng để tính toán. Tốc độ lưu lượng khí thử f là 1,0 L/min, được chuẩn hóa về 0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô và sau đó nhân với hệ số 1,016 để hiệu chính hơi nước.

9.2. Phần trăm loại bỏ và lượng acetaldehyd bị lấy đi

Phần trăm acetaldehyd loại bỏ được tính theo công thức (1). Khi đó R là hoặc dưới 5 % hoặc nhiều hơn 95 %, phần trăm loại bỏ phải được biểu thị là “dưới 5 %” hoặc “nhiều hơn 95 %”, tương ứng, đối với lý do độ không đảm bảo đo. Sau đó lượng được lấy đi được tính theo công thức (2). Tương tự đối với trường hợp của R, khi n_A là hoặc dưới 5 % hoặc nhiều hơn 95 %, phần trăm loại bỏ phải được biểu thị là “dưới 5 %” hoặc “nhiều hơn 95 %”, tương ứng.

trong đó

R_A là phần trăm loại bỏ của acetaldehyd bởi mẫu thử;

f_A0 là phần thể tích cung cấp của acetaldehyd, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

f_A là phần thể tích của acetaldehyd tại cổng ra của thiết bị phản ứng, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

n_A là lượng acetaldehyd bị lấy đi bởi mẫu thử trong 1 h cuối của quá trình chiếu xạ, tính bằng micromol (mmol);

f là tốc độ dòng khí thử được chuyển đổi về trạng thái tiêu chuẩn, tính bằng lit trên phút (L/min) tại 0 °C, 101,3 kPa và nền khí khô.

9.3. Chuyển đổi sang CO₂

Thể tích của CO₂ được tạo thành do chiếu xạ UV được tính theo công thức (3) và chuyển đổi sang CO₂ (R_CO2, %) được tính theo công thức (3) và sau đó CO₂ chuyển đổi R_CO2 phải được tính theo công thức (4). Khi R_CO2 là hoặc dưới 5 % hoặc nhiều hơn 95 %, biểu thị là “dưới 5 %” hoặc “nhiều hơn 95 %” tương ứng. Lượng CO₂ được chuyển đổi (n_CO2) được tính theo công thức (5). Khi đó R_CO2 là hoặc dưới 5 % hoặc nhiều hơn 95 %, n_CO2 được tính bằng cách quy cho 5 hoặc 95 đối với R_CO2, tương ứng.

f_CO2 = f_CO2,L - f_CO2,D                                                                     (3)

                                                                    (4)

trong đó

f_CO2 là phần thể tích CO₂ được sinh ra bởi chiếu xạ UV, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

f_CO2,L là phần thể tích của CO₂ tại cổng ra của thiết bị phản ứng khi chiếu xạ UV, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

f_CO2,D là phần thể tích của CO₂ tại cổng ra của thiết bị phản ứng trong điều kiện tối, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

R_CO2 là chuyển đổi từ acetaldehyd sang CO₂, tính bằng phần trăm;

n_CO2 là lượng CO₂ được chuyển đổi từ acetaldehyd trong 1 h cuối, tính bằng micromol (mmol);

Phần thể tích CO₂ trong điều kiện tối phải là giá trị trung bình trước và sau khi giai đoạn chiếu xạ UV như được tính theo công thức (6). Nó phải không thay đổi 1,0 mL/L hoặc nhiều hơn trước và sau khi chiếu xạ UV.

trong đó

f_CO2,Dpre là phần thể tích của CO₂ trong điều kiện tối trước khi chiếu xạ UV, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

f_CO2,Dpost là phần thể tích của CO₂ trong điều kiện tối sau khi chiếu xạ UV, tính bằng microlit trên lít (mL/L);

10. Phương pháp thử đối với mẫu thử có tính năng thấp hơn

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 có thể bị biến đổi tại cùng thời điểm, như trình bày trong Bảng 1. Tuy nhiên lượng acetaldehyd loại bỏ và chuyển thành CO₂ xuất hiện trong báo cáo thử nghiệm phải là một nửa giá trị tính được từ công thức (2) và (5), cũng như sử dụng tốc độ dòng là 0,5 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 - Các điều kiện thử thay thế

Điều kiện thử có thể biến đổi	Giá trị sau khi thay đổi
Tốc độ dòng của khí thử	0,5 L/min
Số lượng mẫu thử	2 mẫu trong dãy (bề mặt là 50 mm x 200 mm)

11. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải phù hợp với các điều khoản báo cáo của ISO/IEC 17025, và phải bao gồm các thông tin sau. Các hạng mục g) và h) phải được báo cáo đối với từng phép thử.

a) Tên và địa chỉ của nhà thiết lập phép thử

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 10141-2 (ISO 22197-2).

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 chảy, loại nguồn sáng, chiếu rọi, máy phân tích và bức xạ kế được sử dụng, v.v...).

h) Lượng acetaldehyd được loại bỏ, CO₂ được sinh ra trong 1 h cuối, phần trăm acetaldehyd bị loại bỏ (tùy chọn) và chuyển thành CO₂ (tùy chọn). Nếu phép thử hoặc đo CO₂ không hợp lệ, những lý do đối với điều đó (ví dụ, sự hấp phụ của acetaldehyd mạnh).

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

 

Phụ lục A

(Tham khảo)

Các kết quả của thử nghiệm so sánh liên phòng

Phép thử so sánh liên phòng được thực hiện giữa bảy phòng thử nghiệm. Từng phòng chuẩn bị thiết bị thử nghiệm gồm có thiết bị phản ứng riêng biệt. Phòng thử nghiệm tổ chức thăm từng thành viên trong quá trình thử với bình khí tiêu chuẩn (khoảng 5 mL/L acetaldehyd trong nitơ), lưu lượng kế khí đã hiệu chuẩn và bức xạ kế UV-A để kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị của nó. Mỗi phòng thử nghiệm thực hiện bốn phép thử sử dụng chất xúc tác quang loại tấm và lọc được cung cấp. Dữ liệu gốc được trình bày trong Bảng A.1.

Bảng A.1 - Kết quả của phép thử so sánh liên phòng

Đơn vị: micromole (mmol)

Mẫu thử	Lượng	Phép thử	Lab A	Lab B	Lab C	Lab D	Lab E	Lab F	Lab G
Loại tấm	CH3CHO loại bỏ	1	9,93	11,20	9,39	10,24	9,40	8,35	7,30
		2	10,23	11,31	9,07	10,14	8,92	9,10	7,19
		3	9,99	11,33	9,20	10,33	8,46	8,51	-
		4	9,99	11,06	9,13	10,28	8,67	8,75	-
	CO2 tạo thành	1	13,79	13,82	-	15,61	-	-	13,86
		2	14,83	20,79	-	14,11	-	-	14,41
		3	14,88	17,50	-	15,69	-	-	13,47
		4	15,25	21,03	-	14,31	-	-	14,57
Loại lọc	CH3CHO loại bỏ	1	13,08	11,94	12,59	13,02	12,94	-	12,72
		2	13,02	11,75	12,66	12,89	12,52	-	12,24
		3	13,22	11,64	12,57	12,93	12,66	-	-
		4	13,18	11,65	12,62	12,98	12,76	-	-
	CO2 tạo thành	1	22,78	12,86	-	18,41	-	-	18,88
		2	21,12	14,24	-	17,92	-	-	18,66
		3	20,54	19,29	-	14,31	-	-	-
		4	20,34	24,24	-	14,34	-	-	-
Phương pháp phân tích			GC/FID, NDIR	GC/FID, NDIR	DNPH/ HPLC	GC/FID, GC/FID metan hóa	GC/FID	DNPH/ HPLC	DNPH/ HPLC, NDIR

Giá trị trung bình tổng, độ lệch chuẩn lặp lại và độ lệch chuẩn tái lập được tính theo TCVN 6910-2 (ISO 5725-2) được tóm tắt trong Bảng A.2.

Bảng A.2 - Dữ liệu thống kê thu được theo TCVN 6910-2 (ISO 5725-2)

Đơn vị: micromole (mmol)

Mẫu thử	Giá trị trung bình tổng		Độ lệch chuẩn lặp lại		Độ lệch chuẩn tái lập
	CH3CHO	CO2	CH3CHO	CO2	CH3CHO	CO2
Loại tấm	9,50	14,72	0,23 (2,4 %)	0,68 (4,6 %)	1,20 (13,0%)	0,82 (5,6 %)
Loại lọc	12,63	18,97	0,11 (0,9 %)	1,65 (8,7 %)	0,54 (4,3 %)	3,13 (16,0%)
Các độ lệch chuẩn tương đối được trình bày trong ngoặc đơn

Trong các phép thử thêm nữa, các kết quả nhận được với các mẫu xúc tác quang khác nhau, như kính tấm, giấy, sợi, sơn, v.v... khác nhau từ < 2,0 mmol đến 29,3 mmol, được chỉ ra rằng phương pháp này có thể phân biệt các mẫu thử có tính năng xúc tác quang khác nhau.

 

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ISO 4892-1, Plastics - Methods of exposure to laboratory light sources - Part 1: General guidance (Chất dẻo - Phương pháp phơi mẫu dưới nguồn sáng phòng thử nghiệm - Phần 1: Hướng dẫn chung)

[2] ISO 4892-3:2006, Plastics - Methods of exposure to laboratory light sources - Part 3: Fluorescent UV lamps (Chất dẻo - Phương pháp phơi mẫu dưới nguồn sáng phòng thử nghiệm - Phần 3: Đèn huỳnh quang UV)

[3] FUJISHIMA, A., HASHIMOTO, K. and WATANABE, T. TiO₂ Photocatalysis. Fundamentals and Applications, BKC Inc., Tokyo (1999) [FUJISHIMA, A., HASHIMOTO, K. and WATANABE, T. Xúc tác quang TiO₂. Cơ sở và ứng dụng, BKC Inc., Tokyo (1999)

[4] OHKO, Y., TRYK, D.A., HASHIMOTO K. and FUJISHIMA, A. Autoxidation of acetaldehyde initiated by TiO₂ photocatalysis under weak UV illumination, J. Phys. Chem. B, 102, phương pháp. 2699-2704 (1998) [OHKO, Y., TRYK, D.A., HASHIMOTO K. and FUJISHIMA, A. Tự oxy hóa của acetaldehyd được bắt đầu bởi xúc tác quang TiO₂ khi chiếu xạ UV yếu, J. Phys. Chem. B, 102, phương pháp. 2699-2704 (1998)].