Gecombineerde elektrostatische precipitatie-fotokatalytische oxidatietechnologie voor gelijktijdige aanpak van fijn stof en VOS binnenshuis: Experimentele analyse en multifysische modellering

Promovendus/a: Donja Baetens

Promotor(en): Siegfried Denys

De luchtkwaliteit binnenshuis wordt steeds meer erkend als een belangrijk probleem voor de volksgezondheid, aangezien mensen het grootste deel van hun tijd binnenshuis doorbrengen. Van de aanwezige polluenten binnenshuis zijn fijn stof (PM) en vluchtige organische stoffen (VOS) bijzonder zorgwekkend vanwege hun gezondheidseffecten en hun brede voorkomen in gebouwen. Hoewel luchtzuiveringstechnologieën de blootstelling kunnen verminderen, richten de meeste systemen zich slechts op één type verontreiniging, namelijk deeltjes of gasvormige stoffen. Dit proefschrift onderzoekt de integratie van elektrostatische precipitatie (ESP) en fotokatalytische oxidatie (PCO) in één enkel apparaat om PM en VOS tegelijkertijd te kunnen verwijderen. De hypothese is dat door PCO in het collectorgedeelte van een tweetraps ESP-reactor te integreren, gelijktijdige verwijdering mogelijk wordt en de noodzaak om de ESP te reinigen kan worden verminderd door afgezette deeltjes af te breken.

Er werd een gecombineerde ESP-PCO-reactor ontwikkeld met een fotokatalytische coating op de collectorplaten en UV-lampen ertussen, alsook multifysische modellen die de onderliggende processen beschrijven. Eerst werd de ESP-functionaliteit onderzocht om de totale en fractionele verwijderingsefficiëntie van PM en de ozonemissie te bepalen. Vervolgens werd de fotokatalytische coating afzonderlijk onderzocht op fotokatalytische verwijdering van VOS (aceetaldehyde), waarbij verschillende metalen substraten, aantal coatinglagen, inlaatconcentratie en relatieve vochtigheid werden bestudeerd. Er werden ook fotokatalytische roetafbraakexperimenten uitgevoerd om de verwijdering van afgezet PM te evalueren. Daarna werd de verwijdering van aceetaldehyde onderzocht in de volledige ESP-PCO-reactor om de functionaliteit van PCO en ESP te beoordelen in termen van ‘clean air delivery rate’ (CADR) en ‘single-pass removal efficiency’ (SPRE). Activering van de ionisatiesectie resulteerde in een verwijdering van aceetaldehyde die vergelijkbaar was met fotokatalytische verwijdering. De combinatie van ESP en PCO leverde de hoogste verwijdering op, hoewel synergetische effecten niet werden vastgesteld.

Ten slotte werden multifysische modellen voor ESP en PCO ontwikkeld om luchtstroming, elektrisch veld, ionentransport, oplading en transport van PM, aceetaldehydetransport, lichtverdeling en fotokatalytische kinetiek te beschrijven. De modellen bieden inzicht in de invloed van plaatafstand, stralingsverdeling en elektrische veldeffecten, terwijl ze mogelijkheden voor optimalisatie van het systeem identificeren. Over het algemeen toont dit proefschrift de haalbaarheid aan van de integratie van PCO in een tweetraps ESP voor luchtzuivering binnenshuis. Het gecombineerde systeem kan zowel PM als VOS verwijderen en heeft het potentieel om accumulatie van PM op de collectorplaten te verminderen. Echter, de resultaten wijzen op uitdagingen op het gebied van ontwerp, materiaal en modellering die verdere ontwikkeling vereisen.