The photochemical destruction of diverse VOCs by Pt/TiO2 in relation to changes in environmental variables

Abstract

In this research, the photocatalytic efficiency of a titanium dioxide (TiO2) supported platinum (Pt (1 wt.%)) reduced catalyst (Pt/TiO2-R) has been investigated using a multicomponent mixture of 14 volatile organic compounds (VOCs: aromatic hydrocarbons, ketones, aldehydes, and other species). The synthesized Pt/TiO2 was characterized by the relevant electron microscopy and spectroscopy techniques. The photocatalytic oxidation of the target VOCs was conducted under ultraviolet (UV) irradiation (λmax: 254 nm and single-lamp power: 8 W). Styrene showed a significantly high removal rate (> 95%) under all the tested conditions. The removal of aromatic hydrocarbons was not affected noticeably by the coexistence of moisture (0-100% RH, benzene (B): 8.93-13.3%, toluene (T): 29.1-39.4%, m-xylene (m-X): 61.9-75.6%, and styrene (S): 92.9-96.6%). In contrast, the removal of ketones increased sensitively with increasing humidity (RH: e.g., 0 to 20%) such as 30.7 to 73.8% (methyl ethyl ketone: MEK) and 68.7 to 95.9% (methyl isobutyl ketone: MIBK). The aldehydes were removed efficiently even under the dark conditions (i.e., by the thermal oxidation)at room temperature. The presence of RH was observed to exert both positive and negative effects on the Pt/TiO2-based photocatalysis depending on the target VOCs. As such, the overall results of this study are expected to provide better insights into the photocatalytic removal of complex VOC mixtures, especially in terms of the interactive roles between relative humidity and VOC type.|실내 공기에는 단일 성분이 아닌 복잡하고 다양한 성분의 휘발성 유기화합물(VOC) 이 존재하고 있다. 이러한 VOCs는 인체에 해로운 영향을 미치기 때문에 이를 제거하기위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 이산화티타늄(TiO2)에 담지된 백금(Pt(1wt.%)) 촉매(Pt/TiO2)을 사용하여 14종의 오염물질(방향족 탄화수소, 케톤, 알데히드 및 기타 종)을 포함하는 다성분 VOCs 혼합물의 광촉매 제거에 대해 보고한다. Pt/TiO2를 사용한 14 성분 VOC 혼합물의 광촉매 산화는 자외선(UV) 조사(λmax: 254 nm 및 단일 램프 출력: 8 W) 하에서 수행하였다. 스티렌(S)은 모든 시험 조건 하에서 높은 제거율(>95%)을 나타났다. 방향족 탄화수소의 제거는 수분의 공존에 의해 큰 영향을 받지 않았다(B; 8.93-13.3%, T; 29.1-39.4%, m-X; 61.9-75.6%, S; 92.9-96.6%). 케톤 제거율은 상대 습도(RH)가 증가함 (0%-20%) 에 따라 제거율이 크게 증가하는 것이 관찰되었다 (MEK; 30.7에서 73.8%, MIBK; 68.7 부터 95.9%). 알데히드는 실온에서 발생하는 열촉매 산화 메커니즘에 의해 어둠 속에서도 완전히 제거되었습니다. 기타 VOCs의 제거 경향은 다른 시험된 VOC 종 보다 복잡했고, RH는 Pt/TiO2의 광촉매 산화 활성에 긍정 및 부정적인 영향을 미쳤다. 우리의 연구에서 제시된 결과는 복잡한 VOC 혼합물의 광촉매 제거 거동을 이해하는데 매우 필요한 통찰력을 제공하여 실제 응용 분야에 대한 보다 우수한 광촉매 제거법을 설계할 것으로 기대합니다.