空气水质净化功能透水混凝土

    随着我国经济的迅速发展，环境污染问题日趋严重，工业废水、废气，城市汽车尾气、农药使用、生活污水排放等，对我们的生存环境产生了很大的负面影响。传统的环保处理设施只是对集中的污染源进行处理，虽然可以降低部分污染，但是存在一些缺点，如化学处理时会产生二次污染，且运行成本高，二是对于公共区域.如城市空间的空气、河流、湖泊的污染水质，很少使用专门的环保处理设备进行处理。光触媒技术的发展，为全面的环境治理带来可能。研究表明，光触媒材料纳米二氧化铁可以在常温常压下，将有机物如烃类、卤代物、表面活性剂、有机酸、有机农药等完全转化为水、二氧化碳等无害物质。将纳米二氧化钦光触媒技术运用到透水混凝土上，制成空气、水质净化功能透水混凝土，这种全新的材料铺设于城市道路、广场、公园道路、河流和湖泊的护坡，将在城市空气、水质的污染治理方面发挥巨大的作用。

1光触媒原理

2提高光触媒效能
    2.1影响光触媒效能的因素
    纳米二氧化钦的光催化原理是光产生的电子e和空穴h。但是它们产生后极易重新复合，一旦重新复合，光催化的活性就降低了。研究表明，锐钦型二氧化铁比金红石型二氧化钦光催化活性高300-2000倍。
    提高光触媒效能的研究主要集中在提高其可见光利用率方面。这是因为TO:是一种宽禁带半导体，其禁带宽度为3.2eV，只有波长小于388nm的紫外线才能激发它的外层电子产生跃迁，从而具有催化活性。然而紫外线具有的能量在太阳光中所占的比例不到6%，而波长为400-700nm的可见光具有的能量则占太阳能的45%，因此充分利用可见光能里是增强光触媒的催化效能的最现实有效的途径之一。
    2.2提离光触媒效能的途径
    2.2.1离子掺杂
    通过对丁iO:纳米粒子的修饰和改性处理，可以将半导体的有效激发区由uV区移到可见光区，实现将太阳能中的可见光用于Ti0:光催化体系。目前研究认为，离子掺杂一方面可以改变Ti02的能级结构.另一方面掺杂使电子和空穴分离，延长了电子和空穴的寿命，使单位时间、单位体积内的光生电子和空穴数量增多。离子掺杂可分为金属离子掺杂和非金属离子掺杂。
    2.2.2表面光敏化
    表面光敏化是通过添加适当的光活性敏化剂，而光活性敏化剂根据其物理或化学特性吸附于Ti0:的表面，这些物质在可见光下具有较大的激发因子。在可见光照射下，吸附态光活性分子吸收光子后，被激发产生自由电子，注入到TiO2的导带，从而扩大了Ti02激发波长的范围，使之能利用可光来降解有机物，这一过程称为催化剂的表面光敏化。

    2.2.3表面贵金属沉积
    将微量贵金属负载在纳光二氧化铁表面，载流子重新分布，相应减小了二氧化钦表面的电子密度，从而有效地抑制了电子和空穴的复合，电子和空穴各自在不同的位置发生氧化还原反应。大大提高了光催化的效能。
    2.2.4复合半导体
    当两种或两种以上的半导体通过复合形成一定的微观结构.其光化学性和物理性质会发生很大改变，复合半导体主要考虑不同半导体的禁带宽度，价带，导带能级位置和晶型匹配等因素，通过半导体藕合提高电荷分离效率，抑制电子一空穴对(的)复合，可以扩展光谱的响应范围。

3光触媒对空气和水质的净化作用
    研究发现，纳米二氧化钦能够降解空气中超标的有机物和CO,SO2,NO:等有害气体。利用纳米二氧化钦的光催化作用可将这些气体氧化，形成蒸汽压低的硝酸和硫酸，这些硝酸和硫酸可利用水溶液吸收，达到净化的效果。同时，二氧化钦作为一种光催化剂，与吸附剂(如沸石、活性碳、二氧化硅等)相结合，在弱紫外光的照射的激发条件下可有效地降解室内低浓度的有害气体，如甲醛、甲苯等有机物可完全被催化分解为二氧化碳和水，
    同样，纳米二氧化钦能有效地对卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、表面活性剂、农药等进行光催化反应，最终以上有机物生成无机小分子物质。所以，纳米二氧化钦可处理多种类型的有机废水，如催化降解染料废水、油田的含油废水及含有石油污染物的水体、含苯酚类污染物的洗煤废水、垃圾填埋场的渗滤液等，均具有良好的降解效果。
    日本已在高速公路两侧、隧道内设盆了涂复纳米二氧化钦的光催化板，用于除去氮氧化物来防治汽车尾气。纳米铁白粉的光催化作用还能杀菌，如纳米二氧化钦对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有强杀菌力，可将其用于医院手术台和墙壁、浴缸、瓷砖及卫生间等地方。
4空气水质净化功能的透水混凝土
    透水混凝土作为一种新型的生态环保的铺地材料，已被广泛运用在城市道路、广场、园陵、河流湖泊的生态护坡上。以透水混凝土作为光触媒的载体，优势在干:一是透水混凝土表面为多孔结构，比表面积远大于平面的面积;二是多孔构造表面，即使表面有磨损，孔内的光触媒物质不会被破坏，因而能保证光触媒效能的持久性;三是它作为一种道路材料，铺设面积广，广泛使用空气水质净化功能的透水混凝土后，对环境改善效果明显。

    4.，光触媒表面涂石材料的选择
    通常选择锐钦型二氧化钦，需要在纳米级(一般要求小于1 Onm)才能有足够的表面积使其进行光触媒反应。但颗拉越小所需要的生产成本越高，现在有些从业者为了降低成本采用徽米级的光触媒，虽然价格便宜，但是效果有限。    从光触媒涂菠材料的耐久性来看.二氧化钦的固定是另一个关键点。固定化的过程则必须考虑光触媒反应活性及耐久性两大问题，用有机物作为固定材料时，有机物本身有被分解的问题，用无机物作为固定材料时，光触媒表面被无机物菠盖，不能发挥功效。因此需要在反应活性与耐久性之间找到一个比较好的平衡点。
    4.2空气水质净化功能透水混凝土试验
    4.2.1光触媒表面涂覆材料的选择
    南京标美彩石研制的净化功能透水混凝土涂覆材料;光触媒选用锐钦型纳米级的二氧化铁(粒径小于10nm),固定相选用耐磨性、耐水性、耐碱、抗紫外线、抗老化性能优良的有机树脂，另外树脂还应具备多孔和透气性的特点。配合多种添加剂把光波响应范围扩大到可见光区。
    4.2.2透水混凝土采用南京标美彩石透水混凝土。

    4.2.3试验方法
    1)空气净化检ZI按JC/T1074-2008(室内空气净化功能涂覆材料净化性能)制样和送检:
    2)水质净化，将透水混凝土制成200mm200mm"30mm的试块;
    3)试块成型养护3天后，在表面喷涂净化功能透水混凝土涂粗材料;
    4)喷完千燥1天后进行试验。
    4.2.4结果与讨论
    1)空气净化检验结果见表10
    2)水质净化试验
    空气水质净化功能透水混凝土样块如图1;
    对亚甲基蓝水样净化试验如图2;
    对河底污水样抑制菌藻生长试验如图30
    3)讨论

    空气水质净化功能透水混凝土用于城市道路建设时，通过光触媒的催化作用，有效、彻底地消除大气中的各种污染物，包括汽车尾汽、含各种有机污染物的气体，而光触媒本身没有任何的挥发性和化学毒物释放，净化空气后的最终产物是水和二氧化碳等的无害物质，不存在二次污染问题，因此在使用过程中对人体安全可靠。
    在水质净化方面，通过在河道和湖泊的护坡铺设空气水质净化功能透水混凝土.能同样有效的消除水体中的有机污染物，残留农药等，降低水体的化学耗氧最，并能抑制菌藻的生长，其本身对水体不会造成任何污染。
    空气水质净化功能透水混凝土用千净化空气和水质，具有以下优点:
    (1)全面地净化水质和空气，有效的消除大气和水中各种有机污染物，还可有效地杀灭土壤、空气和水中的各种致病细菌和病毒，预防疾病的流行;
    (2)净化汽车尾气，消除日益繁忙的城市交通带来的空气污染;
    (3)在具备道路和河堤护坡的使用功能和美观功能外，同时具备空气净化功能;
    (4)由于二氧化钦的化学稳定度很高，在反应过程中本身不发生变化和损耗，在光照下可持续净化污染物，具有持续作用的优点，它的空气净化功能具有持久性，研究表明，一般净化功能可以保持10年以上;

    (5)通常的环保处理过程和消毒方法会形成二次污染。而二氧化铁的化学稳定性，使其无毒、无害，对人体安全可靠;它净化各种物质最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不产生二次污染;
    (6)在净化空气和水质时，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续地净化空气和水质，完全符合节能环保的要求。

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