Αεριοχρωματογραφική μελέτη της εναπόθεσης και αλληλεπίδρασης αερίων ρύπων με επιφάνειες έργων πολιτιστικής κληρονομιάς επικαλυμμένες με διάφορα προστατευτικά υλικά

Abstract

Reversed –flow gas chromatography (R.F-G.C) is a technique which allows the determination of various physicochemical quantities by continuous reversals of the carrier gas flow rate. This technique was developed in 1980 at the Laboratory of Physical chemistry of University of Patras by Professor N.A. Katsanos and his cooperators. It has been successfully applied to homogeneous and heterogeneous catalysis, to the determination of diffusion coefficients, mass transfer coefficients, rate constants, Lenard-Jones parameters etc. In the present work, R.F-G.C method was used in order to study the interactions between primary pollutants SO2, NO2 and (CH3)2S and surfaces with great archeological interest (marble, clay), in the presence or absence of protective materials. Kinetic parameters such as rate constants for adsorption, surface reaction, mass transfer coefficients, diffusion coefficients, deposition velocities and reaction probabilities were calculated. Moreover the variation of adsorption energy, local adsorption isotherm, free energy of adsorption with time were determined. The aforementioned values can, without doubt, lead to the mechanism of air pollutants action on ancient monuments and to precautionary measures which have to be taken into account by conservators in order to prevent the permanent damage by corrosion. In order to study the effect of humidity on marble corrosion the above-mentioned physicochemical parameters were also calculated in the presence of humidity. When the carrier gas was saturated with water vapours an increase to the values of all the physicochemical parameters was noticed. This is due to the creation of hydrogen bonds between water molecules and oxygen atoms in the surface of marble. The synergistic effects between SO2 and NO2 were also studied. The values of the physicochemical parameters were increased in the presence of nitrogen dioxide. This behavior was attributed to the fact that NO2 acts as a catalyst to the reaction of SO2 with marble. [...]

H αέρια χρωματογραφία αναστρεφόμενης ροής (Α.Χ.Α.Ρ.) είναι μια τεχνική που επιτρέπει τον προσδιορισμό φυσικοχημικών μεγεθών και στηρίζεται στην απλή ή διπλή αναστροφή της ροής του φέροντος αερίου ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Αναπτύχθηκε το 1980 στο Εργαστήριο Φυσικοχημείας του Πανεπιστημίου Πατρών από τον Καθηγητή Ν.A. Κατσάνο και τους συνεργάτες του. Έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στη μελέτη της ομογενούς και ετερογενούς κατάλυσης, στη μελέτη συνεργιστικών φαινομένων μεταξύ αερίων, στον προσδιορισμό των συντελεστών διάχυσης, συντελεστών μεταφοράς μάζας, σταθερών ρόφησης, σταθερών ταχυτήτων αντιδράσεων, παραμέτρων Lenard-Jones κ.α. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, χρησιμοποιώντας την παραπάνω μεθοδολογία, μελετήθηκαν οι αλληλεπιδράσεις διαφόρων αερίων ρύπων (SO2, NO2, (CH3)2S) με επιφάνειες στερεού που παρουσιάζουν αρχαιολογικό ενδιαφέρον (μάρμαρο, πηλός), παρουσία και απουσία αναστολέων διάβρωσης. Για την πραγματοποίηση αυτής της μελέτης υπολογίστηκαν σταθερές προσρόφησης, σταθερές ταχύτητας, συντελεστές μεταφοράς μάζας, ταχύτητες εναπόθεσης, συντελεστές διάχυσης και πιθανότητες αντίδρασης. Επίσης, προσδιορίστηκαν οι μεταβολές μεγεθών, όπως η ενέργεια προσρόφησης, η τοπικά προσροφημένη συγκέντρωση, η ελεύθερη ενέργεια προσρόφησης, η τοπική ισόθερμος προσρόφησης, συναρτήσει του χρόνου. Από τις τιμές όλων αυτών των παραμέτρων μπορούμε να εξάγουμε χρήσιμα συμπεράσματα για το μηχανισμό δράσης των αερίων ρύπων στα μνημεία, καθώς και για τα μέτρα προστασίας που πρέπει να ληφθούν από τους συντηρητές έργων τέχνης προς αποφυγή της διάβρωσης της πολιτιστικής μας κληρονομιάς. Οι προαναφερθείσες φυσικοχημικές παράμετροι προσδιορίστηκαν επίσης και παρουσία υγρασίας. Όταν το φέρον αέριο ήταν κορεσμένο σε υδρατμούς παρατηρήθηκε αυξητική τάση στις τιμές των παραμέτρων σε όλες τις θερμοκρασίες, γεγονός που αποδίδεται στη δημιουργία δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού και των ατόμων οξυγόνου στην επιφάνεια του μαρμάρου. Τα άτομα υδρογόνου του προσροφημένου νερού σχηματίζουν νέους δεσμούς υδρογόνου και λειτουργούν ως καινούριες ενεργές θέσεις προσρόφησης. Επιπλέον, μελετήθηκε η συνεργιστική δράση του SO2 με το ΝΟ2. Οι τιμές των φυσικοχημικών παραμέτρων που ελήφθησαν είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που αφορούν την αλληλεπίδραση SO2/καθαρό μάρμαρο. Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται στο ότι το ΝΟ2 δρα ως καταλύτης στην αντίδραση γυψοποίησης. [...]