Îmbunătățirea sectivității senzorilor de gaz semiconductori cu ajutorul filtrului selective pentru detecția poluanților atmosferici

INTRODUCERE

Monitorizarea poluării atmosferice utilizând senzori de gaze chimice este o provocare dreaptă pentru lipsa selectivităţii a celor mai multe aparate existente. Cu toate acestea, performanţele lor pot fi îmbunătăţite prin folosirea filmelor de filtrare pentru efectuarea separării sau pentru înlăturarea unor gaze.

Acest studiu este centrat pe detectarea monoxidului de carbon şi a poluanţilor oxidanţi (dioxidului de azot şi ozon) cu ajutorul senzorilor formati din SnO2 sau a compuşilor de phthalocyanine. S-a efectuat o cercetare pe două tipuri de filter. Filtrele bazate pe pulbere de MnO2 pot înlătura ozonul păstrând în acelaşi timp dioxidul de azot la o temperatură mare, trecând de la temperatură normal la 4000C, dare le transform parţial monoxidul de carbon.

Al doilea tip de filtru constituit din pulbere de indigo este de asemenea efficient pentru a îndepărta ozonul fără a modifica concentraţia de azot din ambient. Apoi, acestor filtre le-au fost asociate element de detectare. Membrane subţiri de MnO2 au fost depuse prin imprimare pe un ecran de SnO2. Cu senzorii rezultaţi, interferenţa ozonului de a detecta CO sau NO2 este redusă, dar nişte problem tehnologice cum ar fi aderenţa peliculei de MnO2 necesită rezolvare. Pentru aparatele din phthalocyanine, filtrul de indigo aşezat contra peliculei de MnO2 transformă senzorul selective în dioxid de azot.

1.INTRODUCERE

Încă de la începutul perioadei industrial, creşterea continuă a productivităţii şi dezvoltare constant a traficului enorm a contribuit la degradarea calităţii a unui element vital de pe planet: aerul. Astfel, de câţiva ani, poluarea atmosferică a devenit nu doar o problem a sănătăţii publice, au luat în considerare gravitatea deteriorării troposferei. De aceea legislaţia aerului a fost stabilită, dând fiecărui cetăţean dreptul de a fi informat despre atmosfera (aerului) pe care o respiră. Astfel, diferite organizaţii au fost create, constituindu-se reţeaua de control a calităţii aerului numită ATMO; atribuţia lor fiind monitorizarea continuă a concentraţiilor de poluanţi din atmosferă. Dintre toate gazele prezente în atmosferă, unele dintre ele sunt periculoase într-o concentraţie mare şi trebuiesc monitorizate.

Monoxidul de carbon (CO) rezultat din arderea combustibilului în aer ( de exemplu de la motoare), pot otrăvi sângele, înlocuind moleculele de oxigen. Acest gaz este foarte toxic şi chiar letal într-o cantitate mare.

Dioxidul de sulf (SO2) rezultat din arderea combustibililor fosili şi din procesele industrial ce conţin sulf, cauzează iritaţii ale plămânilor şi în prezenţa umidităţii, formează ploi acide care sunt nocive pentru construcţii şi vegetaţie. Putem observa că rata dioxidului de sulf în atmosferă a fost redusă în ultimii ani, datorită reducerii de sulf din carburant şi din arderea combustibilului în industrie.

Compuşii organic volatile (COV) sunt formaţi din anumite gaze: hidrocarburile provin din carburant şi produse petroliere, solvenţii provin din vopsele şi cerneluri, iar compuşii organici sunt generaţi de procesele de ardere, natură şi agricultură. Aceştia cauzează dificultăţi respiratorii şi iritaţii şi joacă u rol fundamental în formarea ozonului în atmosfera joasă.

Oxizii de azot (NOx, NO şi NO2) provin din procesele de evacuare (eşapament) şi ardere a automobilelor şi în timpul ultimilor ani concentraţia acestor gaze în atmosferă a crescut odată cu traficul şi numărul clădirilor.

Oxizii de azot cauzează iritaţii ale plămânilor, scad fixarea moleculelor de oxigen în globulelor roşii, contribuie la ploile acide şi generează creşterea ozonului în atmosfera joasă. Monoxidul de azot este instabil şi se transform rapid în NO2, care este un gaz oxidant, conform reacţiei (1).

NO + ½O2→NO2 (1)

Ozonul (O3) este un puternic gaz oxidant. El cauzează iritaţii ale ochilor şi plămânilor, tuse şi probleme respiratorii, contribuind de asemenea la efectul de “casă verde” şi degradarea vegetaţiei. Este produs de acţiunea luminii asupra oxizilor de azot. Sub influenţa razelor UV, o moleculă de dioxid de azot generează un oxigen atomic. (reacţia (2)).

NO2 + h.ν→NO+O (2)

Prin combinarea dintre oxigenul atomic şi oxigenul molecular rezultă o moleculă de O3 (reacţia (3)).

O + O2→O3 (3)

Cu toate acestea, concentraţia lui O3 este limitată corespunzător de distrugerea sa de către monoxidul de azot (reacţia (4)).

NO + O3→NO2 + O2 (4)

Ca o consecinţă, concentraţia de ozon nu este de obicei maximă la sursa direct a emisiei de NOx.

În vederea consecinţelor acestor gaze asupra sănătăţii populaţiei, monitorizarea lor este necesară pentru a fi publică şi pentru a se lua măsurile adecvate de siguranţă. În Franţa, reţeaua de control a calităţii aerului, numită ATMO, măsoară, în diferite locuri, concentraţia fiecărui poluant. Metodele de măsurare utilizate sunt descrise în tabelul 1.

Poluanţi atmosferici Metode de măsurare utilizate de ATMO

CO Corelaţia spectrometriei cu filtrele gazoase în I.R.

SO2 Fluorescenţa UV

COV Ionizarea cu flamă

NOx Chemiluminescenţa cu ozon

O3 Spectrometria UV

Tabelul 1.