光催化混凝土綜述摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了光催化的發(fā)展歷史，光催化混凝土的制備方法、性能研究進(jìn)展、及其在降解空氣中氮氧化物方面的應(yīng)用，簡(jiǎn)單總結(jié)了光催化混凝土現(xiàn)在所存在的問題。關(guān)鍵字：光催化混凝土氮氧化物1.引言如今隨著社會(huì)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了各種各樣的社會(huì)問題，環(huán)境問題就是其中的主要問題之一。環(huán)境問題是指全球環(huán)境或區(qū)域環(huán)境中出現(xiàn)的不利于人類生存和發(fā)展的各種現(xiàn)象。工業(yè)革命之后，由于工業(yè)的密集，燃煤量和燃油量劇增，世界各個(gè)國(guó)家的城市飽受空氣污染之苦。隨著社會(huì)發(fā)展的需求人口的增加，全世界使用礦物燃料的量是有增無減，使得全球氮氧化物和二氧化硫排放量逐年劇增，導(dǎo)致全球大氣污染變得越發(fā)嚴(yán)重，影響人類正常生活。現(xiàn)代化城市中汽車尾氣排放造成的環(huán)境污染問題日益加劇，如何更有效地凈化汽車排放污染物（主要為氮氧化物NOx）已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。這些大氣污染物還是酸雨的主要形成原因，酸雨的產(chǎn)生在土壤、湖泊、植被和建筑等方面都存在巨大的危害。而近幾年的光催化技術(shù)可以很好的解決氮氧化物對(duì)大氣環(huán)境的污染，光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力而凈化污染物。利用光催化凈化技術(shù)去除空氣中的氮氧化物具有反應(yīng)條件溫和（常溫常壓）、可分解污染物為二氧化碳和水等無機(jī)物凈化效果徹底且二次污染小、半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)溫度，制備成本低、直接利用太陽能可有效緩解能源短缺的問題等特點(diǎn)。常見的光催化劑多為金屬氧化物和硫化物，如TiO2,ZnO,CdS,WO3等，其中TiO2的綜合性能最好，應(yīng)用最廣。TiO2具有良好的抗光腐蝕性和催化活性，而且性能穩(wěn)定，價(jià)廉易得，無毒無害，是目前公認(rèn)的最佳光催化劑。在現(xiàn)在的建筑行業(yè)中，混凝土材料早就已經(jīng)不僅僅是作為骨架結(jié)構(gòu)在應(yīng)用了，隨著社會(huì)的發(fā)展技術(shù)的革新，出現(xiàn)了各種各樣的功能混凝土材料。而納米光催化劑和混凝土的結(jié)合也在上世紀(jì)九十年代開始被研究及相應(yīng)的應(yīng)用，這種自清潔的光催化混凝土的研究對(duì)豐富混凝土的功能具有重要的意義，同時(shí)可以緩解當(dāng)前城市的環(huán)境和能源問題，提供給人們一個(gè)較為安全潔凈的生活環(huán)境。2.光催化應(yīng)用的發(fā)展歷史1972年，F(xiàn)ujishima[1]和Honda在《Nature》上發(fā)表了一篇關(guān)于n-型半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)光催化分解水的文章，繼而首次提出將TiO2作為光催化劑的構(gòu)想，揭開了多相光催化的序幕。1976年加拿大科學(xué)家Carey[2]首次報(bào)道了利用TiO2/UV的光催化分解多氯聯(lián)苯的研究，這是在光催化降解水中污染物方面的開拓性工作，開辟了光催化技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。20世紀(jì)90年代初期，納米光催化劑已廣泛地應(yīng)用于建筑外墻材料和內(nèi)部裝飾材料以及衛(wèi)浴材料中。1996年，日本首先提出將TiO2作為一種空氣凈化催化劑，隨后幾年里市場(chǎng)上就有了大量用于室內(nèi)或者室外的空氣凈化產(chǎn)品。2002年在日本東京由Kawasaki重工有限公司生產(chǎn)的Folium光催化劑產(chǎn)品已成功應(yīng)用于公路、隧道、高速公路隔音板、收費(fèi)站等。同年意大利米蘭用光催化劑和水泥混合漿料涂覆一條7000m的馬路，長(zhǎng)期使用后測(cè)定路面上光催化劑對(duì)氮氧化物的催化氧化效率仍然可達(dá)到20%以上。2003年，日本國(guó)內(nèi)所銷售的光催化建筑材料占整個(gè)光催化市場(chǎng)60%的份額[3]。世界上其他國(guó)家也相應(yīng)的進(jìn)行了這方面的研究。2.1光催化混凝土的制備方法光催化自清潔混凝土的制備方法一般分為三種：（1）直接摻入法。在透水多孔混凝土制備過程中，在距離砌塊表面1cm厚度范圍內(nèi)直接摻入TiO2粉末。（2）集料法。對(duì)混凝土中的部分集料包裹一層TiO2膜并在混凝土砌塊制備過程中將這些集料放置在砌塊表面。（3）涂層法。在老混凝土路面上涂抹一層光催化水泥漿，這層漿體由光催化TiO2、分散劑、水泥和水組成。AnibalMR等[4]比較了浸涂法和溶膠-凝膠法摻入TiO2的光催化水泥的空氣凈化效果，結(jié)果顯示采用溶膠-凝膠法摻入制備的光催化混凝土并沒有表現(xiàn)出顯著的降解效果。2005年錢春香等[5-6]提出第四種制備光催化水泥的方法，在水泥混凝土養(yǎng)護(hù)過程中向其噴灑納米TiO2水性漿液，納米TiO2在水泥水化過程中牢固的結(jié)合與表層，使光催化劑能夠充分和意大利相繼進(jìn)行了光催化混凝土路面的實(shí)地試驗(yàn)，并都取得了一定的效果。2005年在中國(guó)南京長(zhǎng)江三橋橋北收費(fèi)站應(yīng)用了東南大學(xué)綠色建筑材料技術(shù)研究所錢春香教授課題組“功能性路面材料”研究成果。以混凝土材料為載體，摻入納米TiO2光催化劑實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的凈化，試驗(yàn)結(jié)果表明，光催化效率可達(dá)到80%以上，比日本和意大利鋪設(shè)的光催化混凝土路面表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)。2006年比利時(shí)道路研究中心在安特衛(wèi)普市城區(qū)一主干道上鋪設(shè)了10000平方米的光催化混凝土路面磚，通過用蒸餾水清洗路面磚的表面和水中已知的N含量來確定NOx減少量的最小值。結(jié)果顯示在不同的環(huán)境條件下空氣凈化效果存在很大差異[21]。2008年上海世博場(chǎng)館的10000平方米的停車場(chǎng)是完全使用意大利技術(shù)和產(chǎn)品的場(chǎng)地，監(jiān)測(cè)表明治污效果很好。3.光催化混凝土應(yīng)用尚未解決的問題（1）TiO2光催化劑只受紫外光輻射激發(fā)，而不能被可見光激發(fā)，所以其利用效果還是很低。雖然現(xiàn)在可見光響應(yīng)的光催化劑種類很多且效果很好，但是還沒有研究出能夠有效應(yīng)用的廉價(jià)的能夠推廣的光催化劑。（2）TiO2光催化劑在光催化作用后產(chǎn)生的礦物及硝酸會(huì)吸附在混凝土表面影響光催化混凝土的功能持久性，且會(huì)對(duì)混凝土表面產(chǎn)生腐蝕，需要經(jīng)常沖洗。這就限制了TiO2光催化混凝土的使用，只能在雨水充足的地區(qū)使用才有較好的效果。（3）將光催化劑與混凝土結(jié)合對(duì)混凝土本身的強(qiáng)度，耐久性等性能的影響還沒有系統(tǒng)理論性的解決方案，并且光催化混凝土的光催化性能及其自清結(jié)耐久性使用等許多問題都有待解決。（4）納米TiO2光催化劑的特殊性能使的其受到廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)也因?yàn)楸旧淼募{米性能使其可通過空氣、水、土壤等多種途徑進(jìn)入到生態(tài)環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，也可能對(duì)人體的健康存在一定的危害。

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