Introducing
Your new presentation assistant.
Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.
Trending searches
Obhajoba_KZDB_15.12.22
6
STANOVENÍ EMISE TĚKAVÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK Z MATERIÁLŮ PRO DŘEVOSTAVBY
TEREZA ADAMOVÁ
adamovat@fld.czu.cz
Katedra zpracování dřeva a biomateriálů
Praha 2022
Vedoucí práce: doc. Ing. Roman Fojtík, Ph.D.
Konzultant: Ing. Jaromír Hradecký, Ph.D.
Vize šetrného stavebnictví
volba přírodě blízkých materiálů
ÚVOD
do
PROBLEMATIKY
- s dobrými tepelnými vlastnostmi
- obnovitelné, lokální
- podporující zdravé vnitřní prostředí
Vnitřní prostředí budov
VOCs
Volatile Organic Compounds
- těkavé organické sloučeniny
- přítomny ve dřevě a materiálech na bázi dřeva
VOCs
- stěžejní: terpeny, aldehydy, kyseliny
Objectives
Objective 2
Objective 4
Objective 6
Objectives 5
Objective 5
Objective 3
Objective 1
Brainstorm
Mind map
Práce shrnuje aktuální poznatky
o stanovení emisí VOCs ze stavebních materiálů
Objectives
Hypotézy :
HYPOTÉZY
1) Pomocí instrumentálních technik je možné posoudit zdravotní nezávadnost vnitřního
prostředí z hlediska emisí těkavých látek z použitých materiálů.
2) Alternativní materiály na bázi lignocelulózy mají menší emisi těkavých organických
látek do prostředí oproti materiálům konvenčně užívaným ve stavebnictví
3) Vybraná chemická a termická modifikace lignocelulózových materiálů snižuje emisi
těkavých organických látek.
Cíl disertační práce:
CÍLE PRÁCE
stanovit emise VOCs ze dřeva, z vybraných konstrukčních i izolačních materiálů na bázi dřeva a z alternativních lignocelulózových materiálů;
a porovnat emise těkavých organických látek z vybraných materiálů používaných pro moderní dřevostavby
Metodický postup
1) ČLENĚNÍ EXPERIMENTŮ,
VOLBA MATERIÁLŮ a JEJICH MODIFIKACE
METODIKA
2) VOLBA METOD STANOVENÍ VOCs
a ZPRACOVÁNÍ DAT
3) APLIKACE VHODNÝCH
TECHNIK
MATERIÁL
a ZKUŠEBNÍ VZORKY
I. OSB
(chemická modifikace, mechanická úprava)
II. Konopné pazdeří a smrkové třísky
(chemická modifikace)
III. Izolační materiály
– měkká dřevovláknitá deska, minerální vlna
(skelná vata, kamenná vlna), polystyren (extrudovaný, expandovaný), PUR pěna, kaučuková izolace, řepková řezanka, dřevní štěpka, rákos totora (stonek bez modifikace a ve formě desky)
IV. Vybrané druhy dřeva
(termicky modifikované dřevo: 180°C, 200°C, 220°C)
(a) (b) (c)
Obr. 5 Povrch vzorků OSB před uložením
do exsikátorů (a) broušený povrch, (b) postřik kyselinou vinnou, (c) postřik kyselinou citronovou
Gas Chromatography - Mass Spectrometry
plynová chromatografie - hmotnostní spektrometrie
- analytická metoda pro stanovení organických sloučenin z komplexních směsí
- citlivost, vysoká separační schopnost
- separace dle afinity ke stacionární fázi kolony, detekce pomocí hmotnostního spektrometru
- kvalitativní a kvantitativní analýza
- Příprava vzorku
a) normativní postup
- standardizovaná metoda dle ISO 16 000-6 (16 000-9)
b) HS-SPME (Headspace-Solidphase Microextraction)
Zpracování dat
Obr. 6 Přeložené chromatogramy dvoudimenzionálního stanovení emisí těkavých látek
z neošetřených vzorků dřeva
Obr. 8 PCA graf vlivů; identifikovány nejvýznamnější sloučeniny pro separaci
Obr. 7 PCA graf komponentního skóre: neošetřené vzorky dřeva
Přístrojové vybavení
Obr. 9 Zkušební vzorky ve vialkách
1. okruh
OSB
2. okruh
Konopné pazdeří
a smrk
VÝSLEDKY
3. okruh
Izolační materiály
4. okruh
Dřevo
1) STANOVENÍ EMISE VOCs z OSB
Cíl experimentu :
- provést jednoduché chemické/mechanické modifikace povrchu
- stanovit emise VOCs z povrchu OSB
- vyhodnotit vliv modifikace na emise VOCs
Tab. 2 Modifikace povrchu OSB
Obr. 10 Trubička se sorbentem Tenax TA® pro termální desorpci a odběr vzorku vzduchu pomocí mobilního odběrového čerpadla
Výsledky
Výsledky
OSB
3. den
28. den
Obr. 11 Porovnání emise VOCs 3. a 28. den od uložení v exsikátoru
- sledováno 7 vybraných sloučenin na základě ISO 16000-6
- Pozorován pozitivní vliv aplikovaných modifikací na pokles emise VOCs
- Jako nejefektivnější se jeví postřik 6% kyselinou citronovou (Exs. 3)
Výsledky
OSB
Obr. 12 OSB modifikovaná 6% kys. citronovou - průběh emise ve zkušební komoře
- Při testování ve velkoobjemové zkušební komoře sledován obdobný trend průběhu emise při porovnání se studiemi dalších autorů (Ohlmeyer et al., 2008; Wilke et al., 2013)
2) STANOVENÍ EMISE VOCs
z KONOPNÉHO PAZDEŘÍ a SMRKOVÝCH TŘÍSEK
Cíl experimentu :
- provést jednoduché chemické modifikace konopí
- stanovit emise VOCs ze smrku a konopí
- vyhodnotit vliv modifikace na emise VOCs z konopného pazdeří
Tab. 3 Chemická modifikace konopnéhp pazdeří
Obr. 13 Vzorky v uzavřených vialkách určené k analýze pomocí HS-SPME/GC-MS – změna barvy:
S – smrkové třísky, CS – konopí bez chemické modifikace, CSA – konopí a kyselina vinná, CSB – konopí a kyselina citronová, CSC – konopí a hydrogenuhličitan sodný
Výsledky
Výsledky
Tab. 4 Intenzity sledovaných emisí VOCs; odezva detektoru intenzit pro jedinečnou hmotu
Pozn.: vybrané hmoty jsou děleny 10^6. (A – konopné pazdeří po ošetření kyselinou vinnou, B – konopné pazdeří po ošetření kyselinou citronovou, C – konopné pazdeří po ošetření hydrogenuhličitanem sodným)
- 13 vybraných látek
- sledován vyšší počet VOCs v případě SM v porovnání s neošetřeným konopím
- nejvhodnější se jeví modifikace hydrogenuhličitanem sodným
Výsledky
Obr. 16 PLS-DA graf vlivů představuje důležité markery pro jednotlivé modifikace. Identifikace sloučenin byla založena
na hmotnostní spektrální podobnosti a porovnání retenčních indexů
Obr. 15 PLS-DA graf komponentního skóre: (H1-14 – konopí bez ošetření, H1A-14A – konopí a kyselina vinná; H1B-14B – konopí a kyselina citrónová; H1C-14C – konopí a hydrogenuhličitan sodný
- separace vzorků dle ošetření
- s dobou klimatizace emise klesá
- furfural - nejvýznamnější marker pro separaci ošetření kyselinami
3) STANOVENÍ EMISE VOCs
z IZOLAČNÍCH MATERIÁLŮ
Cíl experimentu :
- stanovit emise VOCs
a) z biologických materiálů
- konopné pazdeří,
- dřevní štěpka z recyklátu,
- rákos totora (stonek a vláknitá deska),
- řepková řezanka,
b) z průmyslově vyráběných izolací
- měkká dřevovláknitá deska,
- minerální vlna (skelná vata, kamenná vlna),
- polystyren (expandovaný, extrudovaný),
- PUR pěna,
- kaučuková izolace.
Obr. 17 Vzorky v uzavřených vialkách určené
k analýze pomocí HS-SPME/GC-MS: zleva konopné pazdeří (ref.), roztřískovaná dřevní štěpka; deska z rákosu totora, řepková řezanka
Obr. 18 Vzorky v uzavřených vialkách určené k analýze pomocí HS-SPME/GC-MS: zleva měkká dřevovláknitá deska, skelná vata, minerální vlna, expandovaný polystyren, extrudovaný polystyren, PUR pěna, kaučuková izolace
Výsledky
Výsledky
- podobná emise VOCs v případě
řepkové řezanky, totory, konopí
a extrudovaného polystyrenu
- kamenná vlna, skelná vata, expandovaný polystyren a PUR pěna menší zdroj emisí
Obr. 19 Sloupcový graf ukazující přírodní, resp. přirozeně se vyskytující vybrané VOCs
ve vzorcích testovaných izolačních materiálů a materiálů pro jejich výrobu
Výsledky
- emitované látky jsou pravděpodobně rezidua synt. původu z výroby
- dřevovláknitá deska - toluen
a benzaldehyd pravděpodobně
v důsledku skladování
Obr. 20 Sloupcový graf ukazující rezidua syntetického původu vyskytující se ve vzorcích testovaných izolačních materiálů a materiálů pro jejich výrobu
4) STANOVENÍ EMISE VOCs
z vybraných vzorků dřeva
Tab. 5 Vybrané druhy dřeva a jejich termická modifikace
Cíl experimentu :
- stanovit emise VOCs z termálně modifikovaného dřeva
Výsledky
Výsledky
Obr. 21 PLS-DA graf komponentního skóre – dělení vzorků termovaného dřeva dle teploty ošetření
Obr. 22 PLS-DA graf vlivů; identifikovány nejvýznamnější sloučeniny pro separaci termovaného dřeva
- rozdělení vzorků dle teploty ošetření
- markery k příslušné teplotní skupině - kyselina octová, alfa-bergamoten a další
Výsledky
Obr. 23 Variable line plot pro alfa-pinen z termicky modifikovaného dřeva
- pokles emise alfa-pinenu se zvyšující se teplotou termické modifikace
SHRNUTÍ
- Práce shrnuje aktuální poznatky o stanovení
emisí VOCs ze stavebních materiálů
- Byly zavedeny metody pro stanovení VOCs na FLD
- Byl popsán vliv modifikací na různé materiály (chemická/termální/mechanická)
ZÁVĚR
- Emise VOCs je charakteristická pro daný materiál
- Další zpracování nebo skladování materiálu má vliv na emisi látek
- Prezentované metody a výsledky umožnují zhodnotit vliv použitých
materiálů na kvalitu vnitřního prostředí
Přínosy pro vědu a praxi
PŘÍNOSY
- Schopnost reagovat na rostoucí nároky na stavební materiály ve vnitřním prostředí budov z hlediska emise VOCs
- Prezentované metody lze aplikovat na popis emisí širokého spektra materiálů - průmyslu lze nabídnout stanovení VOCs v jejich běžných i vyvíjených produktech
- Alternativní materiály je třeba hodnotit z hlediska emise VOCs v souladu s jejich předpokládaným využitím, možnými zdravotními riziky a ekologicko-ekonomickým dopadem použití, včetně výroby a následné recyklace
Obr. 24 Konopné zdivo v kombinaci s masivními konstrukčními sloupy, dřevěným schodištěm
a dřevěným nábytkem
SHRNUTÍ
- Práce shrnuje aktuální poznatky o stanovení emisí VOCs
ze stavebních materiálů
- Byly zavedeny metody pro stanovení VOCs na FLD
- Byl popsán vliv modifikací na různé materiály (chemická/ termická/mechanická)
ZÁVĚR
- Emise VOCs je charakteristická pro daný materiál
- Další zpracování nebo skladování materiálu má vliv na emisi látek
- Prezentované metody a výsledky umožnují zhodnotit vliv použitých materiálů na kvalitu vnitřního prostředí