Research and development of nitrogen dioxide diffusive samplers

Abstract

The thesis deals with the diffusive samplers for the measurement of gaseous air pollution concentration. Diffusive samplers are becoming more popular due to their simplicity, low cost and the possibility to locate in many places, including cities, regions or even different countries. Main aim of thesis is to improve the diffusive samplers for the detection of nitrogen dioxide, as well as to determine their sensitivity. Main task has been solved in the work: it presents a complex study of impact of individual factors – length of diffusive samplers, impregnation ground, absorbing solution, ambient temperature and humidity. Objectives have been formulated according to the problem under analysis and looking for the information in foreign countries, and are related to the studies and modelling results. The thesis consists of an introduction, five chapters, general conclusions and recommendations, lists of references and publications of authors on the topic and one addendum. Introductory chapter discusses the exploratory problem, the relevance of work, describes the object of studies, presents the formulation of aim and objectives of the work, describes research methodology, scientific novelty, practical significance of results and defensive affirmations. Publications published by the author of thesis and reports at conferences, as well as thesis structure are presented at the end of the introduction. The first chapter covers the analysis of scientific literature. It analyzes information on the formation and diffusion of nitrogen dioxide in ambient air, diffusive samplers, and peculiarity of their performance. The design of diffusive samplers, selective absorbent solutions and environmental factors affecting their performance has been analyzed as well. Software packages for the modelling of nitrogen dioxide dispersion in the air have been also discussed. The chapter ends with the formulation of conclusions and objectives. The second chapter presents the techniques of laboratory tests of diffusive samplers, analysis of results and conclusions. The third section provides the methodology of full-scale experimental researches, analysis of results and conclusions. The fourth chapter provides modelling techniques, comparison of the modelling results received with the results obtained during the researches, and gives conclusions. The fifth chapter describes the engineering solution. 7 articles have been published on the topic of thesis: two – in the journals which are referred in the Web of Science ISI database, two – in scientific journal referred in the other international databases, one – in International Lithuanian Conference material, one – in reviewed Lithuanian Conference material, and one – in non-reviewed Lithuanian conference material. 7 reports on the topic of thesis have been read at international and Lithuanian conferences.

Disertacijoje nagrinėjami difuziniai ėmikliai dujinių oro teršalų koncentracijai matuoti. Difuziniai ėmikliai vis labiau populiarėja dėl savo paprastumo, pigumo ir galimybės išdėstyti daugelyje vietų. Darbo tikslas – ištirti svarbiausius veiksnius darančius įtaką difuzinio ėmiklio matavimo tikslumui. Remiantis atliktų eksperimentinių tyrimų rezultatais patobulinti difuzinius ėmiklius ir nustatyti jų jautrį bei neapibrėžtį. Darbe įgyvendintas pagrindinis uždavinys: kompleksiškai ištirta atskirų veiksnių – difuzinių ėmiklių ilgio, impregnavimo pagrindo, sugeriamojo tirpalo, aplinkos temperatūros ir drėgnio – įtaka. Uždaviniai, suformuluoti atsižvelgus į analizuojamąją problemą ir ieškant informacijos Lietuvoje ir kitose šalyse, siejasi su atliktų tyrimų ir modeliavimo rezultatais. Disertaciją sudaro įvadas, penki skyriai, bendrosios išvados ir rekomendacijos, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir vienas priedas. Įvadiniame skyriuje aptarta tiriamoji problema ir darbo aktualumas, aprašytas tyrimų objektas, suformuluotas darbo tikslas bei iškelti uždaviniai, aprašyta tyrimų metodika, atskleistas mokslinis darbo naujumas, pagrįsta praktinė darbo rezultatų reikšmė, pateikti ginamieji teiginiai. Pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje išanalizuotas azoto dioksido susidarymas ir sklaida aplinkos ore, išnagrinėti difuziniai ėmikliai ir jų veikimo ir konstrukcijų ypatumai, detalizuoti selektyvūs sugeriamieji tirpalai ir jų veikimui turintys įtakos aplinkos veiksniai. Taip pat išanalizuoti programiniai paketai, skirti azoto dioksido sklaidai aplinkos ore modeliuoti. Skyriaus pabaigoje suformuluotos išvados ir iškelti tolesnių mokslinių tyrimų uždaviniai. Antrajame skyriuje pristatyta difuzinių ėmiklių laboratorinių tyrimų meto-dika ir pateikta gautųjų rezultatų analizė bei išvados. Trečiajame skyriuje atskleista natūrinių eksperimentų tyrimų metodika. Įvertintas skirtingos sudėties difuzinių ėmiklių matavimo tikslumas eksponuojant juos Mažeikių rajono teritorijoje. Detalizuota rezultatų analizė ir išvados. Ketvirtajame skyriuje pristatyta modeliavimo metodika, pateiktas azoto dioksido sklaidos Vilniaus miesto Žirmūnų mikrorajono aplinkos ore modeliavimo ir tyrimų metu gautų rezultatų palyginimas, suformuluotos išvados. Penktajame skyriuje aprašytas inžinerinis sprendimas leidžiantis vienu metu matuoti dviejų neorganinių teršalų koncentraciją. Disertacijos tema paskelbti 7 straipsniai: du – žurnaluose, referuojamuose ISI Web of Science duomenų bazėje, du – mokslo žurnaluose, referuojamose kitose tarptautinėse duomenų bazėse, vienas – tarptautinės konferencijos Lietuvoje medžiagoje, vienas – recenzuojamoje konferencijos Lietuvoje medžiagoje ir vienas – nerecenzuojamoje konferencijos Lietuvoje medžiagoje. Disertacijos tema perskaityti 7 pranešimai tarptautinėse ir Lietuvos konferencijose.