Untersuchungen zur Sorption von Innenraum-Luftschadstoffen durch Wolle

Thomé, Stefan; Höcker, Hartwig

doi:HT014801061

Untersuchungen zur Sorption von Innenraum-Luftschadstoffen durch Wolle = Investigations on the sorption of indoor air pollutants by wool

Thomé, Stefan (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Stefan Thomé

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangVII, 120 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-01-31

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-15539
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61250/files/Thome_Stefan.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Wolle (Genormte SW) ; Sorption (Genormte SW) ; Desorption (Genormte SW) ; Formaldehyd (Genormte SW) ; Aldehyde (Genormte SW) ; Toluol (Genormte SW) ; Raumluft (Genormte SW) ; Keratine (Genormte SW) ; Sorptionskinetik (Genormte SW) ; Vernetzung (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; Luftschadstoffe (frei) ; Sorptionsisotherme (frei) ; Luftwechselrate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Sorptionsverhalten der Wolle bezüglich einiger wichtiger Innenraum-Luftschadstoffen. Neben der Aufnahme von Toluol, als einer sehr häufig in hohen Konzentrationen in der Raumluft nachweisbaren organischen Substanz, wurde die Sorption und prinzipielle Reaktionsfähigkeit von verschiedenen Aldehyden untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf Formaldehyd, dem wichtigsten und häufigsten in Innenräumen vorkommenden Aldehyd. Unter statischen Messbedingungen bei 22°C nimmt die Wolle große Mengen Formaldehyd aus der Gasphase auf. Die Sorption erfolgt nach einer Kinetik 1. Ordnung. Mit steigender rel. Feuchte, und mit fallendem pH-Wert steigt die Sorptionsgschwindigkeit an. Die Aufnahmemenge nach langen Expositionszeiten wird im untersuchten Konzentrationsbereich weder durch die rel. Feuchte noch durch einen niedrigen pH-Wert wesentlich beeinflusst. Es handelt sich also um kinetische Effekte, die im Falle der rel. Feuchte zwischen 30 und 90% zu einem Anstieg der Geschwindigkeitskoeffizienten um den Faktor 6,6 führen. Mit Desorptionsversuchen konnte gezeigt werden, dass die Abgabe von Formaldehyd verlangsamt stattfindet und dass die Wollfaser ein starkes Rückhaltevermögen besitzt. Mit steigender Aufenthaltsdauer (Reaktionszeit) in der Faser sinkt die Abgabemenge an freigesetztem Formaldehyd. Der Anteil des hydrolytisch abspaltbaren Formaldehyds ist ebenfalls von der Reaktionszeit in der Wolle abhängig und fällt auch noch nach langen Reaktionszeiten (8 Monaten) ab. Diese Ergebnisse werden mit einer unterschiedlichen Bindungsstärke des Formaldehyds an die Aminosäuren der Wollproteine erklärt. Neben der physikalischen Bindung erfolgt die Reaktion von Formaldehyd mit Proteinen über die Zwischenstufen Methylolverbindung und Schiffsche Base zu den sich irreversibel bildenden Methylenverbindungen. Die Bildung dieser stabilen Methylenderivate erfolgt unter Standardbedingungen (22°C, 56% rel. Feuchte und pH 7,6) über lange Zeiträume (Monate), kann aber durch Temperaturerhöhung und einen niedrigen pH-Wert der Wolle beschleunigt werden. Durch die elektrophoretische Fraktionierung extrahierter Wollproteine konnte gezeigt werden, dass die rel. Feuchte auf die Bildung von Methylenvernetzungen nur einen geringen Einfluss hat, während eine Temperaturerhöhung auf 50°C bereits nach kurzer Zeit zu einer starken Vernetzung führt. Bei 22°C bedarf es einer langen Reaktionszeit mit dem Wollprotein, um eine deutliche Zunahme der Vernetzung zu beobachten. Beschleunigend wirkt sich hier ein saurer pH-Wert der Wolle aus. Die Vernetzung der Wollproteine beginnt in den Intermediärfilamenten (IF) und greift bei Erhöhung der Expositionstemperatur oder Konzentration auf die anderen morphologischen Komponenten des Cortex über. Auch die nicht-keratinischen Bereiche der Wollfaser werden durch Formaldehyd vernetzt, wie sich über die Abnahme der enzymatischen Abbaubarkeit der Faserproteine mit dem Enzymgemisch Pronase nachweisen lässt.

This dissertation concerns itself with the sorption behaviour of wool concerning some important interior air pollutants. Apart from the intake of toluol as an organic substance frequently provable in high concentrations in the interior air, the sorption and possible reactivity of several aldehydes were examined. The emphasis of the investigation is on formaldehyde as the most important and most frequent aldehyde occurring in interiors. Under static conditions of 22°C wool takes up large quantities of formaldehyde from the gaseous phase. The sorption follows a first order kinetic. The sorption activity rises with increasing relative humidity and falling pH-value. The intake quantity after long exposition times however is not altered by relative humidity or low pH. We have thus a kinetic effect which leads to a rise of the velocity coefficient by a factor of 6.6 at a relative humidity between 30 and 90%. Desorption experiments could demonstrate that the release of formaldehyde is decelerated and that wool fibre has a high retention capability. The release of formaldehyde decreases with rising retention time (reaction time) in the fibre. The relative amount of hydrolytically separable formaldehyde also depends on the reaction time in the wool and continues to diminish after long reaction times (eight months). A possible explanation of these results is a varying bond strength of formaldehyde to the amino acids of wool proteins. Apart from the physical bond there is a reaction of formaldehyde with proteins via the intermediate stages of methylol bonds and bases to irreversible methylene bonds. The formation of these stable methylene derivatives takes place over several months under typical conditions (22°C, 56% relative humidity and pH-value 7,6. The formation can be accelerated by higher temperature and a lower pH-value of the wool. It could be shown through electrophoretic fractioning of extracted wool proteins that the relative humidity has little influence on the formation of methylene interlacing. A rise of the temperature to 50°C however leads to strong interlacing after a short time. At 22°C it takes a long reaction time with the wool protein to reach a distinct increase of interlacing. This is accelerated by an acidic pH-value of the wool. The interlacing of the wool proteins starts in the intermediary filaments (IF) and extends to the other morphologic components of the cortex when the exposition temperature or the concentration are increased. The non ceratinic parts of the wool fibre are also linked by formaldehyde. This can be shown by the decrease of the enzymatical degradability of the fibre proteins through the enzymatical alloy Pronase.

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