空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土

    隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，工業(yè)廢水、廢氣，城市汽車尾氣、農(nóng)藥使用、生活污水排放等，對我們的生存環(huán)境產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。傳統(tǒng)的環(huán)保處理設(shè)施只是對集中的污染源進(jìn)行處理，雖然可以降低部分污染，但是存在一些缺點(diǎn)，如化學(xué)處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次污染，且運(yùn)行成本高，二是對于公共區(qū)域.如城市空間的空氣、河流、湖泊的污染水質(zhì)，很少使用專門的環(huán)保處理設(shè)備進(jìn)行處理。光觸媒技術(shù)的發(fā)展，為全面的環(huán)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(jī)物如烴類、鹵代物、表面活性劑、有機(jī)酸、有機(jī)農(nóng)藥等完全轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無害物質(zhì)。將納米二氧化欽光觸媒技術(shù)運(yùn)用到透水混凝土上，制成空氣、水質(zhì)凈化功能透水混凝土，這種全新的材料鋪設(shè)于城市道路、廣場、公園道路、河流和湖泊的護(hù)坡，將在城市空氣、水質(zhì)的污染治理方面發(fā)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(chǎn)生的電子e和空穴h。但是它們產(chǎn)生后極易重新復(fù)合，一旦重新復(fù)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?yàn)門O:是一種寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度為3.2eV，只有波長小于388nm的紫外線才能激發(fā)它的外層電子產(chǎn)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(qiáng)光觸媒的催化效能的最現(xiàn)實(shí)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(dǎo)體的有效激發(fā)區(qū)由uV區(qū)移到可見光區(qū)，實(shí)現(xiàn)將太陽能中的可見光用于Ti0:光催化體系。目前研究認(rèn)為，離子摻雜一方面可以改變Ti02的能級結(jié)構(gòu).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(shí)間、單位體積內(nèi)的光生電子和空穴數(shù)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(dāng)?shù)墓饣钚悦艋瘎饣钚悦艋瘎└鶕?jù)其物理或化學(xué)特性吸附于Ti0:的表面，這些物質(zhì)在可見光下具有較大的激發(fā)因子。在可見光照射下，吸附態(tài)光活性分子吸收光子后，被激發(fā)產(chǎn)生自由電子，注入到TiO2的導(dǎo)帶，從而擴(kuò)大了Ti02激發(fā)波長的范圍，使之能利用可光來降解有機(jī)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(fù)載在納光二氧化鐵表面，載流子重新分布，相應(yīng)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(fù)合，電子和空穴各自在不同的位置發(fā)生氧化還原反應(yīng)。大大提高了光催化的效能。
    2.2.4復(fù)合半導(dǎo)體
    當(dāng)兩種或兩種以上的半導(dǎo)體通過復(fù)合形成一定的微觀結(jié)構(gòu).其光化學(xué)性和物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大改變，復(fù)合半導(dǎo)體主要考慮不同半導(dǎo)體的禁帶寬度，價(jià)帶，導(dǎo)帶能級位置和晶型匹配等因素，通過半導(dǎo)體藕合提高電荷分離效率，抑制電子一空穴對(的)復(fù)合，可以擴(kuò)展光譜的響應(yīng)范圍。

3光觸媒對空氣和水質(zhì)的凈化作用
    研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化欽能夠降解空氣中超標(biāo)的有機(jī)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(dá)到凈化的效果。同時(shí)，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(jié)合，在弱紫外光的照射的激發(fā)條件下可有效地降解室內(nèi)低濃度的有害氣體，如甲醛、甲苯等有機(jī)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(jī)酸類、硝基芳烴、表面活性劑、農(nóng)藥等進(jìn)行光催化反應(yīng)，最終以上有機(jī)物生成無機(jī)小分子物質(zhì)。所以，納米二氧化欽可處理多種類型的有機(jī)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(cè)、隧道內(nèi)設(shè)盆了涂復(fù)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(qiáng)殺菌力，可將其用于醫(yī)院手術(shù)臺和墻壁、浴缸、瓷磚及衛(wèi)生間等地方。
4空氣水質(zhì)凈化功能的透水混凝土
    透水混凝土作為一種新型的生態(tài)環(huán)保的鋪地材料，已被廣泛運(yùn)用在城市道路、廣場、園陵、河流湖泊的生態(tài)護(hù)坡上。以透水混凝土作為光觸媒的載體，優(yōu)勢在干:一是透水混凝土表面為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積遠(yuǎn)大于平面的面積;二是多孔構(gòu)造表面，即使表面有磨損，孔內(nèi)的光觸媒物質(zhì)不會(huì)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(shè)面積廣，廣泛使用空氣水質(zhì)凈化功能的透水混凝土后，對環(huán)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(jìn)行光觸媒反應(yīng)。但顆拉越小所需要的生產(chǎn)成本越高，現(xiàn)在有些從業(yè)者為了降低成本采用徽米級的光觸媒，雖然價(jià)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。固定化的過程則必須考慮光觸媒反應(yīng)活性及耐久性兩大問題，用有機(jī)物作為固定材料時(shí)，有機(jī)物本身有被分解的問題，用無機(jī)物作為固定材料時(shí)，光觸媒表面被無機(jī)物菠蓋，不能發(fā)揮功效。因此需要在反應(yīng)活性與耐久性之間找到一個(gè)比較好的平衡點(diǎn)。
    4.2空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土試驗(yàn)
    4.2.1光觸媒表面涂覆材料的選擇
    南京標(biāo)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(yōu)良的有機(jī)樹脂，另外樹脂還應(yīng)具備多孔和透氣性的特點(diǎn)。配合多種添加劑把光波響應(yīng)范圍擴(kuò)大到可見光區(qū)。
    4.2.2透水混凝土采用南京標(biāo)美彩石透水混凝土。

    4.2.3試驗(yàn)方法
    1)空氣凈化檢ZI按JC/T1074-2008(室內(nèi)空氣凈化功能涂覆材料凈化性能)制樣和送檢:
    2)水質(zhì)凈化，將透水混凝土制成200mm200mm"30mm的試塊;
    3)試塊成型養(yǎng)護(hù)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(jìn)行試驗(yàn)。
    4.2.4結(jié)果與討論
    1)空氣凈化檢驗(yàn)結(jié)果見表10
    2)水質(zhì)凈化試驗(yàn)
    空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土樣塊如圖1;
    對亞甲基藍(lán)水樣凈化試驗(yàn)如圖2;
    對河底污水樣抑制菌藻生長試驗(yàn)如圖30
    3)討論

    空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土用于城市道路建設(shè)時(shí)，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(jī)污染物的氣體，而光觸媒本身沒有任何的揮發(fā)性和化學(xué)毒物釋放，凈化空氣后的最終產(chǎn)物是水和二氧化碳等的無害物質(zhì)，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(zhì)凈化方面，通過在河道和湖泊的護(hù)坡鋪設(shè)空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土.能同樣有效的消除水體中的有機(jī)污染物，殘留農(nóng)藥等，降低水體的化學(xué)耗氧最，并能抑制菌藻的生長，其本身對水體不會(huì)造成任何污染。
    空氣水質(zhì)凈化功能透水混凝土用千凈化空氣和水質(zhì)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
    (1)全面地凈化水質(zhì)和空氣，有效的消除大氣和水中各種有機(jī)污染物，還可有效地殺滅土壤、空氣和水中的各種致病細(xì)菌和病毒，預(yù)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(hù)坡的使用功能和美觀功能外，同時(shí)具備空氣凈化功能;
    (4)由于二氧化欽的化學(xué)穩(wěn)定度很高，在反應(yīng)過程中本身不發(fā)生變化和損耗，在光照下可持續(xù)凈化污染物，具有持續(xù)作用的優(yōu)點(diǎn)，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(huán)保處理過程和消毒方法會(huì)形成二次污染。而二氧化鐵的化學(xué)穩(wěn)定性，使其無毒、無害，對人體安全可靠;它凈化各種物質(zhì)最終的反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳、水和其他無害物質(zhì)，不產(chǎn)生二次污染;
    (6)在凈化空氣和水質(zhì)時(shí)，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(xù)地凈化空氣和水質(zhì)，完全符合節(jié)能環(huán)保的要求。

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