Τίτλος Παρουσίασης: Τροποποιήση ηλεκτρολυτικών πολυμερών για τη χρήση τους ως αισθητήρες pH αερολυμάτων (aerosols)
Κατηγορία Συμβάντος: Παρουσίαση Διπλωματικής Μεταπτυχιακού Φοιτητή
Ονοματεπώνυμο Ομιλητή: Γεώργιος Θεοδωρόπουλος
Προέλευση Ομιλητή (Affiliation): Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, ΔΠΜΣ «Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών και Σύνθετων Υλικών»
Διαδικτυακός τόπος: https://iceht-forth.webex.com/meet/Seminar
Ημερομηνία: Παρασκευή, 17 Ιανουαρίου 2025, Ώρα: 12:30 - 14:00
Χώρος υποστήριξης/εξέτασης: Αίθουσα Σεμιναρίων Κτηρίου Α’ “Γεώργιος Ν. Παπαθεοδώρου”, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ
Περίληψη
Τα αιωρούμενα σωματίδια, κοινώς γνωστά ως αερολύματα, που προέρχονται τόσο από φυσικές όσο και από ανθρωπογενείς πηγές, έχουν σοβαρές επιπτώσεις στη δημόσια υγεία, συνεργώντας σε περίπου 4,2 εκατομμύρια πρόωρους θανάτους ετησίως, όπως αναφέρει ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ). Η οξύτητα είναι ένας βασικός παράγοντας που καθορίζει σχεδόν κάθε ιδιότητα και διεργασία που σχετίζεται με τα αερολύματα. Έως σήμερα, έχουν αναπτυχθεί υπολογιστικές μέθοδοι, για την εξαγωγή συμπερασμάτων όσον αφορά στο pH των αερολυμάτων, που εφαρμόζονται πλέον σε παγκόσμιο επίπεδο, αλλά εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν σημαντικούς περιορισμούς. Για αρκετές δεκαετίες, υφέρπει το πρόβλημα του προσδιορισμού των επιπέδων οξύτητας στην ατμόσφαιρα. Είναι επιτακτική η ανάγκη ακριβούς και άμεσου προσδιορισμού του pH των αερολυμάτων του περιβάλλοντος. Αυτό θα επιτρέψει τη βελτίωση της κατανόησης των ευρύτερων περιβαλλοντικών και υγειονομικών επιπτώσεών του, καθώς το πρόβλημα αυτό μαστίζει για πολλά χρόνια την ανθρωπότητα έχοντας άμεσες επιπλοκές στην υγεία, στο κλίμα και στο περιβάλλον.
Στην παρούσα μελέτη εξετάζονται πολυμερικά, αλλά και μικρού μοριακού βάρους υλικά ευαίσθητα στις αλλαγές των τιμών του pH, μέσω της συμβατικής φασματοσκοπίας Raman, αλλά και της επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS), αντίστοιχα. Για τη δημιουργία του επιπέδου οξύτητας γίνεται χρήση πρότυπων αερολυμάτων γνωστών τιμών pH αλλά και περιβαλλοντικών αερολυμάτων (ambient aerosols).
Το προτεινόμενο ως υπόστρωμα πολυμερικό υλικό, που είναι δυνατό να λειτουργήσει ως ανιχνευτής της οξύτητας, είναι το πολυβενζιμιδαζόλιο (PBI), το οποίο έχει την ικανότητα να πρωτονιώνεται και να αποπρωτονιώνεται όταν εκτίθεται σε οξέα και βάσεις, αντίστοιχα. Παρασκευάστηκαν δύο είδη μεμβρανών PBI μέσω της αναστροφής φάσης (phase inversion), αλλά και μέσω της ηλεκτροστατικής ινοποίησης (electrospinning). Επιχειρείται η συσχέτιση του βαθμού πρωτονίωσης του PBI, μέσω Raman, με το επίπεδο οξύτητας διαλυμάτων (buffers) διαφοροποιώντας παραμέτρους, όπως το πάχος της μεμβράνης, την ποσότητα του εμποτίζοντος διαλύματος, τον χρόνο εμποτισμού. Σκοπός είναι η δημιουργία μιας βέλτιστης καμπύλης βαθμονόμησης που θα συνδέει το pH του εμποτίζοντος μέσου με την πρωτονίωση (ή την αποπρωτονίωση) του PBI. Στη συνέχεια, τα πειράματα αναβαθμίζονται με την εναπόθεση αερολυμάτων πλέον για την πρωτονίωση των μεμβρανών. Οι μεμβράνες PBI τοποθετούνται σε διάταξη παραγωγής αερολυμάτων, όπου εναποτίθενται σωματίδια από διαλύματα γνωστού pH στις επιφάνειές τους. Με αυτόν τον τρόπο, καθίσταται δυνατή η παρακολούθηση της πρωτονίωσης του PBI ανάλογα με την οξύτητα των αερολυμάτων.
Η ανίχνευση των επιπέδων οξύτητας διερευνάται επίσης με τη χρήση μορίων μικρού μοριακού βάρους, με βάση το ιμιδαζόλιο, ευαίσθητων στις μεταβολές του pH. Τα μόρια-ανιχνευτές, “προσροφώνται” σε κολλοειδή νανοσωματίδια αργύρου, και χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα SERS σε τρισδιάστατα φίλτρα χαλαζία. Η οξύτητα των αερολυμάτων ελέγχεται με εναπόθεση σωματιδίων σε αυτά τα λειτουργικά SERS υποστρώματα, συγκρίνοντας τις φασματικές μεταβολές με εκείνες που καταγράφονται προηγουμένως σε ελεγχόμενες συνθήκες οξύτητας με τη χρήση ρυθμιστικών διαλυμάτων. Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει τη μελέτη των μεταβολών στη δομή των μορίων-ανιχνευτών ανάλογα με την οξύτητα, επιτυγχάνοντας ακριβή ανίχνευση των επιπέδων οξύτητας των αερολυμάτων.
Η κριτική αξιολόγηση των δυνατοτήτων των δύο μεθόδων αναμένεται να προσφέρει σημαντικά συμπεράσματα για την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια στην ανίχνευση των επιπέδων οξύτητας αερολυμάτων, με ευρύτερες εφαρμογές ιδιαίτερα στην περιβαλλοντική έρευνα.
Σύντομο Βιογραφικό
Ο Θεοδωρόπουλος Γεώργιος είναι Διπλωματούχος Μηχανικός Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Πατρών, όπου και εκπόνησε τη διπλωματική του εργασία με τίτλο «Αριθμητική Προσομοίωση Τεχνικών Έργων Διευθέτησης Φυσικού Υδατορεύματος και διερεύνηση της αποτελεσματικότητας τους, για την αποφυγή πλημμυρικών φαινομένων», στο εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής.
Συνέχισε στο Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών και Σύνθετων Υλικών» του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών.
Είναι ενεργός μέλος του εργαστηρίου «Εφηρμοσμένης Μοριακής Φασματοσκοπίας» (LAMS) του Ινστιτούτου Επιστημών Χημικής Μηχανικής (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ), δραστηριοποιούμενος στην υλοποίηση του ερευνητικού έργου “AERO-SERS: Next generation AEROsol sampling technology with embedded SERS sensing capabilities” που χρηματοδοτείται στο πλαίσιο ενός Theodore Papazoglou FORTH Synergy Grant. Έχει συμμετάσχει σε 3 επιστημονικά συνέδρια, σε 1 καμπάνια μελετών πεδίου και ως inventor & applicant στην υποβολή της provisional US patent «Raman/SERS establishment of imidazole-based molecular probes and polymers as pH sensors» Appl. Nb. 63/653,235.