Fotokatalytisk betong
Fotokatalytisk betong är en formulering av betong som används som marksten och annan konstruktionsbetong som innehåller titandioxid (TiO 2 ) som en inblandning eller ytskikt. Titandioxid är en heterogen fotokatalysator som använder solljus och fukt för att absorbera och omvandla kväveoxider ( NO och NO 2 ) till nitratjoner (NO 3 - ) , som sedan antingen tvättas bort av regn eller blötläggs i betongen för att bilda stabila föreningar .
Historia
Tekniken med fotokatalytisk betong användes först i arkitekturen under byggandet av den italienska kyrkan Dio Padre Misericordioso. Richard Meiers konstruktion även känd som «Jubileumskyrkan» är begränsad till 2000 års jubileum av kristendomen som firades år 2000. För att undvika frekventa rengöringar av nya kyrkans betong-«segel» användes ny utveckling - vit självrengörande beläggning av väggar. Men då var det inte känt att denna färgande gips som innehåller titandioxid och vitt pigment absorberar avgaser och andra delar av stadsdimma. Denna upptäckt väckte frågan om bred användning av liknande material i stadsbyggande. Enligt studier innehåller luften på ett avstånd av 2,5 m från en fasad belagd med titandioxid 70 % mindre olika förbränningsprodukter än andra stadsbyggnader. Så människorna andas in mindre skadliga ämnen när de passerar byggnaderna som behandlats på detta sätt. Alternativ för att använda fotokatalytisk cement för att täcka asfalterade vägar övervägs också. Som ett experiment användes den på en 230 meter lång motorväg nära Milano. Mätningar gjorde det möjligt att se att vid denna vägmedeltrafikbelastning på 1000 fordon per timme var minskningen av kväveoxider i luften på marknivå 60 %. Vissa var skeptiska till denna upptäckt: enligt deras åsikt är det nödvändigt att minska nivån av utsläpp av skadliga ämnen och inte eliminera deras konsekvens - smog. Dessutom försvagas effektiviteten hos praktiskt taget alla katalysatorer med tiden.
Mekanism
När titandioxid utsätts för ultraviolett strålning från solljus absorberar den strålningen och elektronexcitation sker. Följande reaktioner inträffar sedan på ytan av titandioxidkristallerna:
- H 2 O → H + + OH ( hydroxylradikal ) + e −
- O 2 + e − → O 2 − (en superoxidjon )
Den övergripande reaktionen är därför:
- H2O + O2 → H + + O2 - + OH
Hydroxylradikalen är ett kraftfullt oxidationsmedel och kan oxidera kvävedioxid till nitratjoner :
- NO2 + OH → H + + NO3-
Superoxidjonen kan också bilda nitratjoner från kvävemonoxid :
- NO + O 2 − → NO 3 −
Oxidationen av NO x till nitratjoner sker mycket långsamt under normala atmosfäriska förhållanden på grund av de låga koncentrationerna av reaktionerna. Den fotokemiska oxidationen med hjälp av titandioxid är mycket snabbare på grund av energin som absorberas av beläggningen på blocket och även på grund av att reaktanterna hålls samman på blockets yta. Reaktionen med titandioxid visar en större oxidationsförmåga än de flesta andra metallbaserade katalysatorer.
Fotokatalytiska block har ersatt vanlig stenläggning i cirka 30 städer i Japan , ursprungligen testade i Osaka 1997 och har använts i City of Westminster (London) [ behövd hänvisning ] . Syftet med dessa block är att minska luftföroreningsnivåerna och därför minska mängden fotokemisk smog .
- Ultraviolett strålning absorberas av titandioxiden, vilket orsakar fotolys av vatten till superoxidjoner och hydroxylradikaler.
- Kväveoxider reagerar med superoxidjoner och hydroxylradikaler för att bilda nitratjoner.
- Nitratjonerna absorberas i blocket och bildar stabila föreningar.