Факторы, влияющие на эффективность самоочищения строительных материалов с фотокаталитически активными компонентами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Рассматривается использование строительных материалов с фотокаталитически активными добавками как перспективное решение экологических и экономических проблем городской среды. В области строительного материаловедения определена необходимость изучения микроструктуры самоочищающихся строительных материалов и влияния примесей на эффективность самоочищения материалов с фотокаталитически активными добавками.Материалы и методы. Использовали красный гипс (отход производства с фотокаталитически активными примесями), цемент, строительный гипс, микрокремнезем, синтезированную фотокаталитически активную добавку оксид титана – оксид кремния, пигменты на основе железа. Изготовлены образцы-таблетки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) с различными фотокаталитически активными компонентами: добавкой-фотокатализатором, пигментами, а также примесные фотокаталитически активные оксиды. Методом электронной растровой микроскопии исследована микроструктура образцов, распределение элементов титана и железа. Эффективность самоочищения определяли по изменению контактного угла капли воды на поверхности, покрытой олеиновой кислотой.Результаты. Определена эффективность самоочищения образцов с добавленными и примесными фотокаталитически активными компонентами — оксидами титана и железа. Выявлено влияние добавленных примесей на структуру материала, также влияние вида и концентрации примесей на эффективность самоочищения.Выводы. Добавка-фотокатализатор оксид титана в концентрации 4,4 % обеспечивает высокую эффективность самоочищения, равномерно распределяется в объеме материала, не влияя на структуру формирующегося камня вяжущего. Пигмент (оксид железа (III)) обеспечивает достаточную эффективность самоочищения при концентрации 2–9 %, при концентрациях более 2 % распределяется неравномерно, обеспечивает малый прирост показателей эффективности самоочищения. При совместном введении оксидов титана и железа наблюдается ухудшение самоочищения из-за высокой степени рекомбинации пар электрон – дырка. Красный гипс с примесными оксидами титана и железа показал достаточно высокую эффективность самоочищения, имеет равномерное распределение примесей, которые не оказывают явного влияния на структуру материала.

Об авторах

П. И. Кийко

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ))

Email: mspolly22@mail.ru

Т. Н. Черных

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ))

Email: chernykhtn@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4288-2115

В. П. Плесовских

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ))

Email: plessovpv@gmail.com

Список литературы

  1. Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ. СПб. : 1999. 303 с.
  2. Li X., Simon U., Bekheet M.F., Gurlo A. Mineral-supported photocatalysts: a review of materials, mechanisms and environmental applications // Energies. 2022. Vol. 15. Issue 15. P. 5607. doi: 10.3390/en15155607
  3. Cundari T.R. Titanium chemistry // Computational Organometallic Chemistry. 2014. 448 p. doi: 10.1201/9781482290073
  4. Paolini R., Borroni D., Pedeferri M., Diamanti M.V. Self-cleaning building materials: The multifaceted effects of titanium dioxide // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 182. Pp. 126–133. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.06.047
  5. Gubareva E.N., Strokova V.V., Ogurtsova Y.N., Baskakov P.S., Singh L.P. Composition and properties of TiO2 sol to produce a photocatalytic composite material // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 854. Pp. 45–50. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/kem.854.45' target='_blank'>www.scientific.net/kem.854.45
  6. Kumar S.G., Devi L.G. Review on modified TiO2 photocatalysis under UV/Visible light: selected results and related mechanisms on interfacial charge carrier transfer dynamics // Journal of Physical Chemistry A. 2011. Vol. 115. Pp. 13211–13241. doi: 10.1021/jp204364a
  7. Rapsomanikis A., Papoulis D., Panagiotaras D., Kaplani E., Stathatos E. Nanocrystalline TiO2 and halloysite clay mineral composite films prepared by sol-gel method: synergistic effect and the case of silver modification to the photocatalytic degradation of basic blue-41 Azo Dye in water // Global Nest Journal. 2014. Vol. 16. Issue 3. Pp. 485–498. doi: 10.30955/gnj.001323
  8. Smirnova O.V., Grebenyuk A.G., Lobanov V.V. A quantum chemical study on the effect of titanium dioxide modification with non-metals on its spectral characteristics // Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni. 2020. Vol. 11. Issue 4. Pp. 539–546. doi: 10.15407/hftp11.04.539
  9. Diamanti M.V., Luongo N., Massari S., Lupica Spagnolo S., Daniotti B., Pedeferri M.P. Durability of self-cleaning cement-based materials // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 280. P. 122442. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122442
  10. Hamidi F., Aslani F. TiO2-based photocatalytic cementitious composites: materials, properties, influential parameters, and assessment techniques // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. Issue 10. P. 1444. doi: 10.3390/nano9101444
  11. Janus M., Bubacz K., Zatorska J., Kusiak-Nejman E., Czyżewski A., Morawski A.W. Preliminary studies of photocatalytic activity of gypsum plasters containing TiO2 co-modified with nitrogen and carbon // Polish Journal of Chemical Technology. 2015. Vol. 17. Issue 2. Pp. 96–102. doi: 10.1515/pjct-2015-0036
  12. Lapidus A., Korolev E., Topchiy D., Kuzmina T., Shekhovtsova S., Shestakov N. Self-cleaning cement-based building materials // Buildings. 2022. Vol. 12. Issue 5. P. 606. doi: 10.3390/buildings12050606
  13. Mukhametrakhimov R., Galautdinov A., Lukmanova L. Influence of active mineral additives on the basic properties of the gypsum cementpozzolan binder for the manufacture of building products // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 106. P. 03012. doi: 10.1051/matecconf/201710603012
  14. Zając K., Janus M., Morawski A. Improved self-cleaning properties of photocatalytic gypsum plaster enriched with glass fiber // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 3. P. 357. doi: 10.3390/ma12030357
  15. Zhao A., Yang J., Yang E.-H. Self-cleaning engineered cementitious composites // Cement and Concrete Composites. 2015. Vol. 64. Pp. 74–83. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2015.09.007
  16. Jimenez-Relinque E., Rodriguez-Garcia J.R., Castillo A., Castellote M. Characteristics and efficiency of photocatalytic cementitious materials: Type of binder, roughness and microstructure // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 71. Pp. 124–131. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.02.003
  17. Лабузова М.В., Балицкий Д.А., Огурцова Ю.Н. Определение влияния неорганического пигмента на процесс самоочищения цементных образцов с диоксидом титана // IX Международный Молодежный Форум “Образование. Наука. Производство” : cб. тр. конф. Белгород. 2017. С. 761–764. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37149150
  18. Huang C., Hsieh W., Pan J., Chang S. Characteristic of an innovative TiO2/Fe0 composite for treatment of Azo Dye // Separation and Purification Technology. 2007. Vol. 58. Issue 1. Pp. 152–158. doi: 10.1016/j.seppur.2007.07.034
  19. Lezner M., Grabowska E., Zaleska A. Preparation and photocatalytic activity of iron-modified titanium dioxide photocatalyst // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2012. Vol. 48. Issue 1. Pp. 193–200.
  20. Pal B., Sharon M., Nogami G. Preparation and characterization of TiO2/Fe2O3 binary mixed oxides and its photocatalytic properties // Materials Chemistry and Phy-sics. 1999. Vol. 59. Issue 3. Pp. 254–261. doi: 10.1016/s0254-0584(99)00071-1
  21. García-Muñoz P., Pliego G., Zazo J.A., Bahamonde A., Casas J.A. Ilmenite (FeTiO3) as low cost catalyst for advanced oxidation processes // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2016. Vol. 4. Issue 1. Pp. 542–548. doi: 10.1016/j.jece.2015.11.037
  22. Sariman S., Krisnandi Y.K., Setiawan B. Anatase TiO2 Enrichment from Bangka ilmenite (FeTiO3) and Its photocatalytic test on degradation of Congo red // Proceedings of the Advanced Materials Research. 2013. Vol. 789. Pp. 538–544. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.789.538' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.789.538
  23. Smith Y.R., Joseph A.R.K., (Ravi) Subramanian V., Viswanathan B. Sulfated Fe2O3–TiO2 synthesized from ilmenite ore: A visible light active photocatalyst // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010. Vol. 367. Issue 1-3. Pp. 140–147. doi: 10.1016/j.colsurfa.2010.07.001
  24. Torres-Luna J.A., Sanabria N.R., Carriazo J.G. Powders of iron(III)-doped titanium dioxide obtained by direct way from a natural ilmenite // Powder Technology. 2016. Vol. 302. Pp. 254–260. doi: 10.1016/j.powtec.2016.08.056
  25. Avdin V.V., Bulanova A.V., Asilbekova A.A., Ilkaeva M.V. Destruction of some dyes on composite photocatalysts based on SiO2/TiO2 Oxides // Bulletin of the South Ural State University series “Chemistry” 2020. Vol. 12. Pp. 98–107. doi: 10.14529/chem200305.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».