空氣水質凈化功能透水混凝土

    隨著我國經濟的迅速發展，環境污染問題日趨嚴重，工業廢水、廢氣，城市汽車尾氣、農藥使用、生活污水排放等，對我們的生存環境產生了很大的負面影響。傳統的環保處理設施只是對集中的污染源進行處理，雖然可以降低部分污染，但是存在一些缺點，如化學處理時會產生二次污染，且運行成本高，二是對于公共區域.如城市空間的空氣、河流、湖泊的污染水質，很少使用專門的環保處理設備進行處理。光觸媒技術的發展，為全面的環境治理帶來可能。研究表明，光觸媒材料納米二氧化鐵可以在常溫常壓下，將有機物如烴類、鹵代物、表面活性劑、有機酸、有機農藥等完全轉化為水、二氧化碳等無害物質。將納米二氧化欽光觸媒技術運用到透水混凝土上，制成空氣、水質凈化功能透水混凝土，這種全新的材料鋪設于城市道路、廣場、公園道路、河流和湖泊的護坡，將在城市空氣、水質的污染治理方面發揮巨大的作用。

1光觸媒原理

2提高光觸媒效能
    2.1影響光觸媒效能的因素
    納米二氧化欽的光催化原理是光產生的電子e和空穴h。但是它們產生后極易重新復合，一旦重新復合，光催化的活性就降低了。研究表明，銳欽型二氧化鐵比金紅石型二氧化欽光催化活性高300-2000倍。
    提高光觸媒效能的研究主要集中在提高其可見光利用率方面。這是因為TO:是一種寬禁帶半導體，其禁帶寬度為3.2eV，只有波長小于388nm的紫外線才能激發它的外層電子產生躍遷，從而具有催化活性。然而紫外線具有的能量在太陽光中所占的比例不到6%，而波長為400-700nm的可見光具有的能量則占太陽能的45%，因此充分利用可見光能里是增強光觸媒的催化效能的最現實有效的途徑之一。
    2.2提離光觸媒效能的途徑
    2.2.1離子摻雜
    通過對丁iO:納米粒子的修飾和改性處理，可以將半導體的有效激發區由uV區移到可見光區，實現將太陽能中的可見光用于Ti0:光催化體系。目前研究認為，離子摻雜一方面可以改變Ti02的能級結構.另一方面摻雜使電子和空穴分離，延長了電子和空穴的壽命，使單位時間、單位體積內的光生電子和空穴數量增多。離子摻雜可分為金屬離子摻雜和非金屬離子摻雜。
    2.2.2表面光敏化
    表面光敏化是通過添加適當的光活性敏化劑，而光活性敏化劑根據其物理或化學特性吸附于Ti0:的表面，這些物質在可見光下具有較大的激發因子。在可見光照射下，吸附態光活性分子吸收光子后，被激發產生自由電子，注入到TiO2的導帶，從而擴大了Ti02激發波長的范圍，使之能利用可光來降解有機物，這一過程稱為催化劑的表面光敏化。

    2.2.3表面貴金屬沉積
    將微量貴金屬負載在納光二氧化鐵表面，載流子重新分布，相應減小了二氧化欽表面的電子密度，從而有效地抑制了電子和空穴的復合，電子和空穴各自在不同的位置發生氧化還原反應。大大提高了光催化的效能。
    2.2.4復合半導體
    當兩種或兩種以上的半導體通過復合形成一定的微觀結構.其光化學性和物理性質會發生很大改變，復合半導體主要考慮不同半導體的禁帶寬度，價帶，導帶能級位置和晶型匹配等因素，通過半導體藕合提高電荷分離效率，抑制電子一空穴對(的)復合，可以擴展光譜的響應范圍。

3光觸媒對空氣和水質的凈化作用
    研究發現，納米二氧化欽能夠降解空氣中超標的有機物和CO,SO2,NO:等有害氣體。利用納米二氧化欽的光催化作用可將這些氣體氧化，形成蒸汽壓低的硝酸和硫酸，這些硝酸和硫酸可利用水溶液吸收，達到凈化的效果。同時，二氧化欽作為一種光催化劑，與吸附劑(如沸石、活性碳、二氧化硅等)相結合，在弱紫外光的照射的激發條件下可有效地降解室內低濃度的有害氣體，如甲醛、甲苯等有機物可完全被催化分解為二氧化碳和水，
    同樣，納米二氧化欽能有效地對鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機酸類、硝基芳烴、表面活性劑、農藥等進行光催化反應，最終以上有機物生成無機小分子物質。所以，納米二氧化欽可處理多種類型的有機廢水，如催化降解染料廢水、油田的含油廢水及含有石油污染物的水體、含苯酚類污染物的洗煤廢水、垃圾填埋場的滲濾液等，均具有良好的降解效果。
    日本已在高速公路兩側、隧道內設盆了涂復納米二氧化欽的光催化板，用于除去氮氧化物來防治汽車尾氣。納米鐵白粉的光催化作用還能殺菌，如納米二氧化欽對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有強殺菌力，可將其用于醫院手術臺和墻壁、浴缸、瓷磚及衛生間等地方。
4空氣水質凈化功能的透水混凝土
    透水混凝土作為一種新型的生態環保的鋪地材料，已被廣泛運用在城市道路、廣場、園陵、河流湖泊的生態護坡上。以透水混凝土作為光觸媒的載體，優勢在干:一是透水混凝土表面為多孔結構，比表面積遠大于平面的面積;二是多孔構造表面，即使表面有磨損，孔內的光觸媒物質不會被破壞，因而能保證光觸媒效能的持久性;三是它作為一種道路材料，鋪設面積廣，廣泛使用空氣水質凈化功能的透水混凝土后，對環境改善效果明顯。

    4.，光觸媒表面涂石材料的選擇
    通常選擇銳欽型二氧化欽，需要在納米級(一般要求小于1 Onm)才能有足夠的表面積使其進行光觸媒反應。但顆拉越小所需要的生產成本越高，現在有些從業者為了降低成本采用徽米級的光觸媒，雖然價格便宜，但是效果有限。    從光觸媒涂菠材料的耐久性來看.二氧化欽的固定是另一個關鍵點。固定化的過程則必須考慮光觸媒反應活性及耐久性兩大問題，用有機物作為固定材料時，有機物本身有被分解的問題，用無機物作為固定材料時，光觸媒表面被無機物菠蓋，不能發揮功效。因此需要在反應活性與耐久性之間找到一個比較好的平衡點。
    4.2空氣水質凈化功能透水混凝土試驗
    4.2.1光觸媒表面涂覆材料的選擇
    南京標美彩石研制的凈化功能透水混凝土涂覆材料;光觸媒選用銳欽型納米級的二氧化鐵(粒徑小于10nm),固定相選用耐磨性、耐水性、耐堿、抗紫外線、抗老化性能優良的有機樹脂，另外樹脂還應具備多孔和透氣性的特點。配合多種添加劑把光波響應范圍擴大到可見光區。
    4.2.2透水混凝土采用南京標美彩石透水混凝土。

    4.2.3試驗方法
    1)空氣凈化檢ZI按JC/T1074-2008(室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能)制樣和送檢:
    2)水質凈化，將透水混凝土制成200mm200mm"30mm的試塊;
    3)試塊成型養護3天后，在表面噴涂凈化功能透水混凝土涂粗材料;
    4)噴完千燥1天后進行試驗。
    4.2.4結果與討論
    1)空氣凈化檢驗結果見表10
    2)水質凈化試驗
    空氣水質凈化功能透水混凝土樣塊如圖1;
    對亞甲基藍水樣凈化試驗如圖2;
    對河底污水樣抑制菌藻生長試驗如圖30
    3)討論

    空氣水質凈化功能透水混凝土用于城市道路建設時，通過光觸媒的催化作用，有效、徹底地消除大氣中的各種污染物，包括汽車尾汽、含各種有機污染物的氣體，而光觸媒本身沒有任何的揮發性和化學毒物釋放，凈化空氣后的最終產物是水和二氧化碳等的無害物質，不存在二次污染問題，因此在使用過程中對人體安全可靠。
    在水質凈化方面，通過在河道和湖泊的護坡鋪設空氣水質凈化功能透水混凝土.能同樣有效的消除水體中的有機污染物，殘留農藥等，降低水體的化學耗氧最，并能抑制菌藻的生長，其本身對水體不會造成任何污染。
    空氣水質凈化功能透水混凝土用千凈化空氣和水質，具有以下優點:
    (1)全面地凈化水質和空氣，有效的消除大氣和水中各種有機污染物，還可有效地殺滅土壤、空氣和水中的各種致病細菌和病毒，預防疾病的流行;
    (2)凈化汽車尾氣，消除日益繁忙的城市交通帶來的空氣污染;
    (3)在具備道路和河堤護坡的使用功能和美觀功能外，同時具備空氣凈化功能;
    (4)由于二氧化欽的化學穩定度很高，在反應過程中本身不發生變化和損耗，在光照下可持續凈化污染物，具有持續作用的優點，它的空氣凈化功能具有持久性，研究表明，一般凈化功能可以保持10年以上;

    (5)通常的環保處理過程和消毒方法會形成二次污染。而二氧化鐵的化學穩定性，使其無毒、無害，對人體安全可靠;它凈化各種物質最終的反應產物為二氧化碳、水和其他無害物質，不產生二次污染;
    (6)在凈化空氣和水質時，不需要投入原料，也不需要投入能源，只需要有光照就可以持續地凈化空氣和水質，完全符合節能環保的要求。

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