光催化混凝土综述(环境净化)田浩

光催化混凝土综述摘要：文章简要介绍了光催化的发展历史，光催化混凝土的制备方法、性能研究进展、及其在降解空气中氮氧化物方面的应用，简单总结了光催化混凝土现在所存在的问题。关键字：光催化混凝土氮氧化物1.引言如今随着社会的快速发展，产生了各种各样的社会问题，环境问题就是其中的主要问题之一。环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象。工业革命之后，由于工业的密集，燃煤量和燃油量剧增，世界各个国家的城市饱受空气污染之苦。随着社会发展的需求人口的增加，全世界使用矿物燃料的量是有增无减，使得全球氮氧化物和二氧化硫排放量逐年剧增，导致全球大气污染变得越发严重，影响人类正常生活。现代化城市中汽车尾气排放造成的环境污染问题日益加剧，如何更有效地净化汽车排放污染物（主要为氮氧化物NOx）已成为国内外研究热点。这些大气污染物还是酸雨的主要形成原因，酸雨的产生在土壤、湖泊、植被和建筑等方面都存在巨大的危害。而近几年的光催化技术可以很好的解决氮氧化物对大气环境的污染，光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。利用光催化净化技术去除空气中的氮氧化物具有反应条件温和（常温常压）、可分解污染物为二氧化碳和水等无机物净化效果彻底且二次污染小、半导体光催化剂化学性质温度，制备成本低、直接利用太阳能可有效缓解能源短缺的问题等特点。常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如TiO2,ZnO,CdS,WO3等，其中TiO2的综合性能最好，应用最广。TiO2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是目前公认的最佳光催化剂。在现在的建筑行业中，混凝土材料早就已经不仅仅是作为骨架结构在应用了，随着社会的发展技术的革新，出现了各种各样的功能混凝土材料。而纳米光催化剂和混凝土的结合也在上世纪九十年代开始被研究及相应的应用，这种自清洁的光催化混凝土的研究对丰富混凝土的功能具有重要的意义，同时可以缓解当前城市的环境和能源问题，提供给人们一个较为安全洁净的生活环境。2.光催化应用的发展历史1972年，Fujishima[1]和Honda在《Nature》上发表了一篇关于n-型半导体TiO2电极上发现光催化分解水的文章，继而首次提出将TiO2作为光催化剂的构想，揭开了多相光催化的序幕。1976年加拿大科学家Carey[2]首次报道了利用TiO2/UV的光催化分解多氯联苯的研究，这是在光催化降解水中污染物方面的开拓性工作，开辟了光催化技术在环境保护领域的应用前景。20世纪90年代初期，纳米光催化剂已广泛地应用于建筑外墙材料和内部装饰材料以及卫浴材料中。1996年，日本首先提出将TiO2作为一种空气净化催化剂，随后几年里市场上就有了大量用于室内或者室外的空气净化产品。2002年在日本东京由Kawasaki重工有限公司生产的Folium光催化剂产品已成功应用于公路、隧道、高速公路隔音板、收费站等。同年意大利米兰用光催化剂和水泥混合浆料涂覆一条7000m的马路，长期使用后测定路面上光催化剂对氮氧化物的催化氧化效率仍然可达到20%以上。2003年，日本国内所销售的光催化建筑材料占整个光催化市场60%的份额[3]。世界上其他国家也相应的进行了这方面的研究。2.1光催化混凝土的制备方法光催化自清洁混凝土的制备方法一般分为三种：（1）直接掺入法。在透水多孔混凝土制备过程中，在距离砌块表面1cm厚度范围内直接掺入TiO2粉末。（2）集料法。对混凝土中的部分集料包裹一层TiO2膜并在混凝土砌块制备过程中将这些集料放置在砌块表面。（3）涂层法。在老混凝土路面上涂抹一层光催化水泥浆，这层浆体由光催化TiO2、分散剂、水泥和水组成。AnibalMR等[4]比较了浸涂法和溶胶-凝胶法掺入TiO2的光催化水泥的空气净化效果，结果显示采用溶胶-凝胶法掺入制备的光催化混凝土并没有表现出显著的降解效果。2005年钱春香等[5-6]提出第四种制备光催化水泥的方法，在水泥混凝土养护过程中向其喷洒纳米TiO2水性浆液，纳米TiO2在水泥水化过程中牢固的结合与表层，使光催化剂能够充分和意大利相继进行了光催化混凝土路面的实地试验，并都取得了一定的效果。2005年在中国南京长江三桥桥北收费站应用了东南大学绿色建筑材料技术研究所钱春香教授课题组“功能性路面材料”研究成果。以混凝土材料为载体，掺入纳米TiO2光催化剂实现汽车尾气的净化，试验结果表明，光催化效率可达到80%以上，比日本和意大利铺设的光催化混凝土路面表现出更大的优势。2006年比利时道路研究中心在安特卫普市城区一主干道上铺设了10000平方米的光催化混凝土路面砖，通过用蒸馏水清洗路面砖的表面和水中已知的N含量来确定NOx减少量的最小值。结果显示在不同的环境条件下空气净化效果存在很大差异[21]。2008年上海世博场馆的10000平方米的停车场是完全使用意大利技术和产品的场地，监测表明治污效果很好。3.光催化混凝土应用尚未解决的问题（1）TiO2光催化剂只受紫外光辐射激发，而不能被可见光激发，所以其利用效果还是很低。虽然现在可见光响应的光催化剂种类很多且效果很好，但是还没有研究出能够有效应用的廉价的能够推广的光催化剂。（2）TiO2光催化剂在光催化作用后产生的矿物及硝酸会吸附在混凝土表面影响光催化混凝土的功能持久性，且会对混凝土表面产生腐蚀，需要经常冲洗。这就限制了TiO2光催化混凝土的使用，只能在雨水充足的地区使用才有较好的效果。（3）将光催化剂与混凝土结合对混凝土本身的强度，耐久性等性能的影响还没有系统理论性的解决方案，并且光催化混凝土的光催化性能及其自清结耐久性使用等许多问题都有待解决。（4）纳米TiO2光催化剂的特殊性能使的其受到广泛的应用，但同时也因为本身的纳米性能使其可通过空气、水、土壤等多种途径进入到生态环境，影响生态环境的发展，也可能对人体的健康存在一定的危害。

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