Προσρόφηση ρύπων σε εκθέματα μουσείων και καταλυτικές ιδιότητες λεπτών υμενίων με αντίστροφη αεριοχρωματογραφία

Abstract

The aim of this research is the physicochemical study of the effect of air pollution on our cultural heritage, in addition to the investigation of adsorptive and catalytic properties of thin films. This thesis deals with two separate issues, I and II. The kinetic and the adsorption mechanism of three major air pollutants (benzene, toluene, nitrogen dioxide) on the surface of pigments of works of art (PbO, Cr2O3, TiO2, ZnO, Fe2O3) are studied in section (IA). Section (IB) deals with the physicochemical study of the effect of aliphatic hydrocarbons (ethane, ethylene, acetylene) on the Pentelic Marble in addition to authentic statue samples from the Archaeological Museums of Kavala and Philippi. Furthermore, the effect of SO2, as a second pollutant (synergistic effect) is studied. The structure, properties and behaviour of the solids are examined with X-ray Diffraction, Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. Section (II) is a novelty, as it combines, for the first time, the method of Pulsed Laser Deposition with the Reversed Flow - Inverse Gas Chromatography, for the physicochemical study and the characterisation of thin films. The chromatographic technique, with the relevant time-resolved analysis, is applied for the first time, so as to characterise elements in nano-scale domain. Thin films of pure ZnO, with or without nano-particles Pd and Au, and pure Pd are developed. The possible catalytic behaviour is studied, concerning isomerisation and/or hydrogenation of 1-butene, at various temperatures. In conclusion, with the time-resolved analysis of the experimental data: · local physicochemical quantities are determined · adsorption and catalysis are studied · solid and thin film surfaces are characterized · topography of adsorption active sites of solid and thin film surfaces are verified · the deterioration mechanism of marbles, pigments of works of art and authentic statue samples, caused by various individual air pollutants or their mixtures (synergistic effect) is clarified · classification of thin films, concerning their catalytic behavior, is achieved

Αντικείμενο της συγκεκριμένης έρευνας είναι η φυσικοχημική μελέτη της επίδρασης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα υλικά της πολιτιστικής κληρονομιάς, καθώς και η διερεύνηση προσροφητικών και καταλυτικών ιδιοτήτων λεπτών υμενίων. Η διδακτορική διατριβή διαπραγματεύεται δύο ξεχωριστές ενότητες, Ι και ΙΙ. Στην ενότητα (ΙΑ) μελετάται η κινητική και ο μηχανισμός της προσρόφησης τριών πολύ σημαντικών αερίων ρύπων (βενζόλιο, τολουόλιο, διοξείδιο του αζώτου) πάνω στην επιφάνεια των πιγμέντων έργων τέχνης (PbO, Cr2O3, TiO2, ZnO, Fe2O3). Η ενότητα (ΙΒ) διαπραγματεύεται τη φυσικοχημική μελέτη της επίδρασης αλειφατικών υδρογονανθράκων (αιθάνιο, αιθυλένιο, ακετυλένιο) πάνω σε Μάρμαρο Πεντέλης καθώς και σε αυθεντικά δείγματα αγαλμάτων από τα Αρχαιολογικά Μουσεία Καβάλας και Φιλίππων. Επίσης, εξετάζεται η επίδραση του SO2, ως δεύτερου ρύπου (συνεργιστικό φαινόμενο). Η δομή, οι ιδιότητες και η συμπεριφορά των υλικών εξετάζονται με περίθλαση ακτίνων X, Φασματοσκοπία Raman και Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης SEM. Η ενότητα (ΙΙ) αποτελεί καινοτομία, καθώς συνδυάζει για πρώτη φορά την μέθοδο της Παλμικής Εναπόθεσης (PLD) λεπτών υμενίων με την Αεριοχρωματογραφία Αναστρεφόμενης Ροής (RF-IGC), για τη φυσικοχημική μελέτη και το χαρακτηρισμό τους. Η χρωματογραφική τεχνική με την αντίστοιχη time-resolved ανάλυση χρησιμοποιείται για πρώτη φορά, προκειμένου να χαρακτηρίσει στοιχεία σε διαστάσεις νανοκλίμακας. Αναπτύσσονται λεπτά υμένια καθαρού ZnO, με ή χωρίς νανοσωματίδια παλλαδίου και χρυσού, καθώς και καθαρού παλλαδίου. Μελετάται η πιθανή καταλυτική συμπεριφορά τους, όσον αφορά στην ισομερείωση ή/και υδρογόνωση του 1-βουτενίου, σε διάφορες θερμοκρασίες. Συμπερασματικά, με τη χρονική ανάλυση των πειραματικών δεδομένων: · π ρ ο σ δ ι ο ρ ί ζ ο ν τ α ι τοπικά φυσικοχημικά μεγέθη · μ ε λ ε τ ά τ α ι η προσρόφηση και η κατάλυση · χ α ρ α κ τ η ρ ί ζ ο ν τ α ι οι επιφάνειες στερεών υλικών και υμενίων · δ ι ε υ κ ρ ι ν ί ζ ε τ α ι η τοπογραφία των ενεργών κέντρων προσρόφησης των επιφανειών των στερεών υλικών και υμενίων · δ ι α σ α φ η ν ί ζ ε τ α ι ο μηχανισμός της φθοράς μαρμάρων, πιγμέντων έργων τέχνης και αυθεντικών δειγμάτων αγαλμάτων από διάφορους μεμονωμένους αέριους ρύπους ή μίγματα αυτών (συνεργιστική δράση) Επιτυγχάνεται τ α ξ ι ν ό μ η σ η των λεπτών υμενίων ως προς την καταλυτική τους συμπεριφορά