光触媒技术发明时间(光触媒是什么成分和副作用)

- 编辑:徐科博士 -

纳米级光触媒环保封层材料降低PM2.5技术研究

文章来源:微信公众号"沥青路面”

摘要:本文简要介绍了道路预养护技术中的纳米级光触媒环保封层材料,该材料能降低空气PM2.5数值达20%~40%,通过对其路用性能检测和影响降低PM2.5因素进行的分析,提出了该材料的适用范围,对道路预养护技术具有借鉴意义。

关键词:预防性养护;还原剂封层;施工工艺;PM2.5

2014年以来,全国各地发生了严重的雾霾现象,PM2.5污染水平对公众的健康造成了危害。预防性养护是一种在路面状况良好的情况下,采取对现有道路系统进行有计划、基于费用-效益的养护策略。封层技术是预养护技术的一种,常用的有雾封层、碎石封层、还原剂封层等。

光触媒能作为催化剂一直成为人们关注的热点,引发了各行各业科研工作者对光催化技术进行研究,进入21世纪,纳米光触媒材料及相关产物凭借其稳定的自身性质,不会对环境造成污染,其在光的照射下,能把光能转化为化学能,并促进有机物的合成或使有机物降解。

鉴于光催化材料纳米光触媒具有较高的光催化性能,借鉴沥青道路封层技术,将光触媒材料与雾封层技术混合制得纳米级光触媒环保封层材料,既达到路面预养护的目的,又可用来观测其催化降解PM2.5的能效。

纳米级光触媒环保封层材料制备

材料及设备

材料:乳化沥青、铝掺杂的纳米光触媒、硅丙乳液、纯丙二醇容积、消泡剂、分散剂、重质碳酸钙。设备:高速剪切机、反应釜。

封层材料制备步骤

(1)分别将水、乳化剂、分散剂,湿润剂加入反应釜,搅拌15mins。(2)继续加入130℃沥青到反应釜中,下高速分散20mins。(3)高速剪切搅拌下加入改性后的纳米级光触媒、硅丙乳液、石英砂,继续搅拌15mins后出料,纳米级光触媒环保封层材料配置完成。

封层材料路用性能研究

沥青路面表面喷涂纳米级光触媒环保封层材料后会使试块的表面产生相应的变化,因此首先应该研究是否会对试块的路用性能产生影响,选取道路工程中常用的抗滑性能、渗水性等进行研究对比涂抹环保涂料后是否会影响沥青表面功能的正常发挥。

抗滑性能

沥青路面的表面应有足够的抗滑能力,以保证行车的安全,若抗滑性能不足时,汽车启动会发生空转打滑现象。因此抗滑性能是一项非常重要的质量评定指标。影响抗滑性能的因素有路面表面特性、路面潮湿度和行者速度。抗滑性能测试的方法主要有摩擦系数试验法和构造深度试验法,本次检测采取了摩擦系数试验法。手提摆式摩擦仪是用来测定沥青路面的抗滑值,用以评定路面在潮湿状态下的抗滑性能,采取的评价指标为BPN,其不仅可在室内试验采用,也可用于测量室外路面范围的抗滑性能,表面摩阻力(抗滑性能)越大,回摆高度越小,摆值BPN越大。

试验结果来看,在沥青路面上喷涂纳米级光触媒环保封层材料,会使得混合料表面抗滑性能提升,虽然达不到新建道路的抗滑要求根据上述的试验结果,说明了纳米二氧化钛环保涂料在路面的抗滑性能基本满足要求。

渗水性能

沥青路面渗水性能用渗水系数表示,是反应路面沥青混合料级配组成的一个简介指标。如果整个沥青面层均透水,则水势必会进入基层或路基,使路面承载能力降低。路面渗水系数已成为评价路面实用性能的一个重要指标。

可看出,进行纳米级光触媒环保封层材料喷涂前路面渗水现象,试验均值值为10ml/min;喷涂完成后路面几乎不渗水,数值为0,说明纳米级光触媒环保封层材料后,能较好渗透进路面微小孔隙,路面的抗渗水性能得到提高

封层材料降解空气PM2.5效能研究

纳米级光触媒环保封层材料在紫外光线的作用下,有效催化分解掉汽车尾气中的有害气体,起到净化空气的作用,本次试验主要考虑影响降解因素为光照条件、行人舒适度、封层材料涂抹量及循环降解效能,通过自制研发的室内模拟装置,观察不同因素影响下PM2.5降低效果。为了避免密闭容器中气体的流动不均匀性造成的干扰,试验选择在开放的环境下进行,即喷涂纳米级光触媒环保封层材料的试样板直接在紫外光下进行试验。

将喷涂好的试件放入密闭容器后,开始进行试验,当PM2.5测试仪数据不发生变化或测试时间达到80min时,停止监测,试验完成。

本试验采取的评价指标为降解效率=(初始PM2.5值-PM2.5值达到规定时间后的浓度值)/初始PM2.5×100%

光照条件对环保涂料降解效能的影响分析

降解汽车尾气试验结果表明光是纳米二氧化钛环保涂料发生催化能力的主要条件,因此必须考虑光源对PM2.5的影响。光源具体选择:20W的紫外灯、13:00-14:00之间日照最强太阳光照,不开灯的试验室条件。

可以得出,直接喷涂纳米级光触媒环保封层材料的试样板,在室内无光照射情况下,PM2.5的数值基本不变化,在紫外灯和室外太阳光的照射下PM2.5降低有明显的效果,前20mins降低率为12.5%和13.0%,后30mins降低速度加快,分别达到43.7%和45.6%,这说明了纳米级光触媒在前20mins催化效果较弱,随着光照时间的增加,其催化效果逐渐增强。本文同时试验了在背光情况(太阳光直射不到的情况)下纳米级光触媒环保封层材料的催化效能,在80min的试验中,PM2.5的数据下降了10%~15%,说明了封层材料在背光情况下也会发生作用。

涂抹量对降解效能的影响分析

将1kg纳米级光触媒环保封层材料分别涂在0.5m2、1.0m2的试验板上,光源选择为室内20w紫外灯,试验步骤同上。

可以得出,在紫外灯照射下,喷涂纳米级光触媒环保封层材料含量的多少对降低空气PM2.5有明显的效果。时间上上不涂抹封层材料,PM2.5数值基本没变化,涂抹0.5m2降低效果为24.4%,涂抹1.0m2降低效果为30.4%

行人舒适度对比试验

纳米级光触媒环保封层材料的试验板放置在容器的底部,模拟喷涂在道路上的实际环境,考虑到实际生活中,行人的身高一般在1.5m-1.8m之间,PM2.5的降解效能能否让行人直接感受是应该考虑的问题,因此必须进行不同高度的对比试验。具体是将试验板放在容器底部,在光源照射下,PM2.5测试仪DylosDC1700粒子计数器分别在距试件表面0.5m、1.0m、1.5m垂直高度观测PM2.5数值的变化,数据采集时间间隔为10mins,观测时间80mins。

可以看出,随着距离试件表面垂直高度的增加,纳米级光触媒环保封层材料的降解能力在减弱。0.5m时,空气PM2.5降低效果为40.0%,1.0m时为33.3%,1.5m时为23.3%。后续研究中,继续优化配合比,使得降解空气PM2.5的高度增大。3.4纳米级光触媒环保封层材料循环降解PM

能力研究

纳米级光触媒环保封层材料的循环降解能力是必须考虑,这是关系其经济价值的重要方面。将喷涂好的纳米级光触媒环保封层材料的试样板在试验步骤完成后,在自来水中冲洗3~5mins,待其自然干后,继续进行降解PM2.5试验。重复同样的试验2次。

可以得出:纳米级光触媒环保封层材料多次雨水冲刷后,并没有影响其降低空气PM2.5能力,三次试验的降低率分别为33.6%、31.2%、30.4%。

结论

(1)纳米级光触媒环保封层材料喷涂在路面上的抗滑性能达不到新建道路的标准,但相比原路面有了相应的提高;抗渗性达到了规范的要求。

(2)本文试验了纳米级光触媒环保封层材料在几种不同的因素光照条件、行人舒适度、封层材料喷涂量等因素下对空气PM2.5的降解能效。推荐在有紫外光照的情况下,1m2路面的喷涂料宜在1kg左右。

(3)纳米级光触媒环保封层材料降解大气PM2.5的重复降解性能进行了研究,多次试验结果分别为33.6%、31.2%、30.4%,说明了涂料的重复降解性能基本没有下降。

(4)纳米级光触媒环保封层材料能降低空气PM2.5达20%~40%,具有很大的经济价值和社会价值。

 

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