光催化混凝土的套用基礎研究

《光催化混凝土的套用基礎研究》是依託武漢理工大學，由王發洲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光催化混凝土的套用基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王發洲
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

光催化材料具有污染物淨化、抗菌抑菌等功能，套用於混凝土可提升混凝土的綜合性能與使用功效，拓寬混凝土的套用領域。項目針對光催化材料在混凝土中套用存在的催化效率低、功能衰減快問題，創新提出一種基於光催化功能載體的光催化混凝土材料設計與製備思路，通過研究光催化劑與混凝土的複合機理，提出光催化功能載體組成與結構最佳化設計方法，研究掌握不同尺度、形貌的高效光催化功能載體製備技術；通過研究光催化混凝土對不同目標物的催化機理，建立混凝土光催化功能層結構模型，探明光催化功能層對混凝土催化效果與巨觀性能的影響規律，提出混凝土光催化功能層結構設計與構築實現方法；在此基礎上，模擬空氣淨化、混凝土抗菌兩種典型的套用環境特點，評價研製的光催化混凝土催化效果與綜合性能，探討光催化活性失活機理，建立光催化混凝土長效化作用機制，為推動光催化混凝土的實際套用提供理論指導與技術支撐，促進混凝土材料與相關領域科學技術進步。

結題摘要

本項目致力於以下四個主題的研究：光催化功能層結構與催化效率、巨觀性能的關係；混凝土光催化功能層構築方法；服役過程光催化混凝土活性及效率；光催化水泥基材料的套用。 項目經過四年研究，實現了項目計畫任務書設定的研究目標，達到了預期目的。發表學術論文 15 篇，參加國際學術交流會 3 次，申請獲得專利 3 項，構建“結構與功能一體化混凝土材料”國際合作研究與人才培養平台（共同建立實驗室“WUT- Aberdeen多功能水泥基材料合作實驗室”）。基於光催化水泥基材料的研究成果，研發出能實際套用的空氣淨化器，實現了生產和銷售。 具體研究內容為： 基體的高吸附性能可在一定程度增強水泥基光催化材料光催化效率。研究了一種快速簡潔的方法在含有非晶矽和非晶鋁的原料表面合成蜂窩狀C-A-S-H負載層。這種蜂窩狀結構可以很大的提升集料作為催化劑與吸附劑載體的性能。這種材料可以作為一種優秀的催化劑與吸附劑載體套用於空氣污染與水污染處理領域的實際生產中。 光催化石英砂對氮氧化合物作用可以分為三個階段：（1）氮氧化合物無光照下的濃度穩定，（2）氮氧化合物光催化反應，（3）關掉燈氮氧化合物濃度恢復過程。光照開始之後NO濃度迅速下降， NO2濃度同時顯著增加。當燈關掉時，二氧化氮濃度降至零。光子效率隨著二氧化鈦的質量分數的增加而增加，但穩定在0.76%左右。光催化石英砂複合材料的穩定性對其性能有著重要的影響。我們還研究了光催化石英砂經水洗後的耐久性數據。在溫和的攪拌下，30%的二氧化鈦在10個循環後被去除，然而，只有大約6%的二氧化鈦在之後的10和30個循環之間損失。相比之下，10分鐘的超聲，約56%的二氧化鈦保留下來。因此，在這兩種情況下，二氧化鈦都表現出強烈的粘附性。 鎂相水泥中鹼式晶須，作為氯氧鎂水泥的主要成分，具有簡單穩定的晶型結構，且原材料來源廣泛、製備簡單，可作為無機粘合料與絕大多數物質實現從微觀尺度至巨觀尺度的緊密粘合，拓寬了其套用面，是負載納米TiO2的理想基體材料。本研究提出的採用化學液相反應法製備的鹼式晶須，通過表面修飾增大了比表面積和基體穩定性，對鎂相水泥基光催化材料的整體性能和耐久性也有較大提升。 蜂窩板組裝光催化片顆粒成型的淨化片，封裝採用纖維格線。採用這種結構可以在保證透氣性的同時提高催化劑與目標氣體的接觸時間，同時淨化片封裝完成後在反應器中組裝方便。