Фотокаталитический бетон

Фотокаталитический бетон представляет собой рецептуру бетона, используемого в качестве брусчатки и другого конструкционного бетона, который включает диоксид титана (TiO ₂ ) в качестве примеси или поверхностного слоя. Диоксид титана представляет собой гетерогенный фотокатализатор , который использует солнечный свет и влагу для поглощения и преобразования оксидов азота ионы ( NO и NO ₂ ) в нитрат- (NO ₃⁻), которые затем либо смываются дождем, либо впитываются в бетон с образованием устойчивых соединений. ^{[ 1 ]}

История

Техника фотокаталитического бетона впервые была использована в архитектуре при строительстве итальянской церкви Дио Падре Мизерикордиозо. Строительство Ричарда Мейера, также известное как Юбилейная церковь. ^{[ 2 ]} приурочено к празднованному в 2000 году 2000-летию христианства. Чтобы избежать частых чисток бетонных «парусов» новой церкви, была использована новая разработка – белая самоочищающаяся обмазка стен. ^{[ 3 ]} Однако тогда еще не было известно, что эта красящая штукатурка, содержащая диоксид титана и белый пигмент, поглощает выхлопные газы и другие элементы городского тумана. Это открытие поставило вопрос о широком применении подобных материалов в городском строительстве. Согласно исследованиям, воздух на расстоянии 2,5 м от фасада, покрытого диоксидом титана, содержит на 70% меньше различных продуктов сгорания, чем в других городских зданиях. Таким образом, люди вдыхают меньше вредных веществ, проходя мимо обработанных таким образом зданий. Также рассматриваются варианты использования фотокаталитического цемента для покрытия асфальтированных дорог. В качестве эксперимента его использовали на 230-метровом участке шоссе недалеко от Милана. Измерения позволили увидеть, что при средней загруженности этой дороги 1000 автомобилей в час снижение содержания оксидов азота в воздухе на уровне земли составило 60%. ^{[ 4 ]} Некоторые отнеслись к этому открытию скептически: по их мнению, необходимо снизить уровень выбросов вредных веществ, а не устранять их последствие – смог. Более того, эффективность практически всех катализаторов со временем ослабевает.

Механизм

Когда диоксид титана подвергается воздействию ультрафиолетового излучения солнечного света , он поглощает излучение и электронное возбуждение происходит . При этом на поверхности кристаллов диоксида титана протекают следующие реакции:

Фотолиз воды :

Н ₂ О → Ч ⁺ + OH ( гидроксильный радикал ) + e ⁻

2 ₊ е ⁻ → О ₂⁻ ( супероксид -ион)

Таким образом, общая реакция такова:

Н ₂ О + О ₂ → Ч ⁺ + О ₂⁻ + ОН

Гидроксильный радикал является мощным окислителем и может окислять диоксид азота до нитрат- ионов:

NO ₂ + OH → H ⁺ + _НО3⁻

Супероксид - ион также способен образовывать нитрат-ионы из монооксида азота :

НЕТ + О ₂⁻ → _НО3⁻

Окисление NO _x до нитрат-ионов происходит очень медленно при нормальных атмосферных условиях из-за низких концентраций реакций. Фотохимическое окисление с помощью диоксида титана происходит гораздо быстрее из-за энергии, поглощаемой покрытием на блоке, а также из-за того, что реагенты удерживаются вместе на поверхности блока. Реакция с использованием диоксида титана демонстрирует большую окислительную способность, чем большинство других катализаторов на основе металлов.

Фотокаталитические блоки заменили обычное дорожное покрытие примерно в 30 городах Японии . Первоначально они были испытаны в Осаке в 1997 году и использовались в Вестминстере (Лондон). ^{[ нужна ссылка ]}. Целью этих блоков является снижение уровня загрязнения атмосферы и, следовательно, уменьшение количества фотохимического смога .

Ссылки

^ Сиккема, Джоэл К. (2003). «Фотокаталитическое разложение NOx бетонным покрытием, содержащим TiO2» . Университет штата Айова . Проверено 14 ноября 2020 г.
^ «Церковь Бог Отец Милосердный» . diopadremisericordioso.it . Проверено 29 сентября 2022 г.
^ «ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ БЕТОН» . опалубочные подрядчикиbrisbane.com . Проверено 29 сентября 2022 г.
^ Поволедо, Элизабетта (22 ноября 2006 г.). «Архитектура Италии становится зеленой» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Архивировано из оригинала 29 марта 2023 г. Проверено 18 февраля 2024 г.

[Iowa-1] Сиккема, Джоэл К. (2003). «Фотокаталитическое разложение NOx бетонным покрытием, содержащим TiO2» . Университет штата Айова . Проверено 14 ноября 2020 г.

[2] «Церковь Бог Отец Милосердный» . diopadremisericordioso.it . Проверено 29 сентября 2022 г.

[3] «ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ БЕТОН» . опалубочные подрядчикиbrisbane.com . Проверено 29 сентября 2022 г.

[4] Поволедо, Элизабетта (22 ноября 2006 г.). «Архитектура Италии становится зеленой» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Архивировано из оригинала 29 марта 2023 г. Проверено 18 февраля 2024 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]