详情

原文传递基于降解效能增强的光催化含砂雾封层试验研究

论文题名：	基于降解效能增强的光催化含砂雾封层试验研究
关键词：	路面材料;光催化剂;含砂雾封层;纳米TiO2;玻璃砂
摘要：	近年来，为治理日趋严重的燃油车尾气污染问题，将光催化剂负载路面实现对尾气的快速降解已经成为道路领域的研究热点之一。含砂雾封层是负载光催化剂的优良载体，但仍存在分散性差、易团聚及透光性不足等问题，影响尾气降解效率的提升。本文制备经过硅烷偶联剂改性的玻璃微珠-纳米TiO2光催化复合材料用作外掺剂，同时以适量玻璃砂替代部分细集料，研制了一种环保新材料，即降解增强型光催化含砂雾封层，极大地改善了纳米TiO2的分散性与透光环境，在保证路用性能的前提下有效提高对汽车尾气的降解效果，并对该材料在服役环境下的降解效能演变规律进行了探讨。　　首先，采用冷-碱腐蚀和高温黏附技术制备了玻璃微珠-纳米TiO2光催化复合材料,并使用硅烷偶联剂对其表面进行改性，通过X射线衍射、电镜扫描、紫外-可见分光光度分析法对该材料进行微观分析。结果表明：纳米TiC2成功嵌入玻璃微珠表面，利于分散性和透光环境的改善，硅烷偶联剂的改性处理则进一步提高了玻璃微珠-纳米TiO2的分散性和均匀性。　　其次，以玻璃微珠-纳米TiO2光催化复合材料和硅烷偶联剂为外掺剂，设计外掺剂掺配方案，研究两种外掺剂掺量变化对光催化含砂雾封层封水性、抗滑性和降解效能的影响规律，提出外掺剂的最佳掺配比例。结果表明：虽然玻璃微珠-纳米TiO2的掺入对光催化含砂雾封层的抗滑性能具有负面影响，但是采用适量硅烷偶联剂改性之后抗滑性得到明显改善，能达到普通含砂雾封层的水平；采用最佳掺配比例的外掺剂能使纳米TiO2的利用率得到大幅提升，从而在保证路用性能的前提下有效提高光催化含砂雾封层的降解效能。　　然后，基于最佳掺配比例的外掺剂，以适量玻璃砂替代部分细集料，成型光催化含砂雾封层混合料，研究细集料类型、集料级配对混合料抗滑和耐磨耗性能的影响，探索玻璃砂的粒径组成、掺量变化对混合料抗滑性能、耐磨耗性能及降解效能的影响规律，提出降解增强型光催化含砂雾封层的推荐掺配方案。结果表明：金刚砂质地坚硬密实，外形富有棱角，在抵抗车辆轮胎磨损对路面抗滑性能的不利影响方面极具优势；玻璃砂的掺入可以促进光催化含砂雾封层降解效能的提升，但是也会使抗滑性和耐磨耗性明显下降，建议玻璃砂掺量不超过10%。　　最后，考察路面实际工况，模拟道路服役环境，设计路面污染、轮胎磨损和重复降解影响下的降解试验方法，研究光催化含砂雾封层混合料的降解效能随路面污染、轮胎磨损和重复降解状况改变的变化规律。结果表明:路面污染、轮胎磨损、重复降解等因素都会使光催化路面的降解效能产生不同程度的下降，而降解增强型光催化含砂雾封层在抵抗这些不利影响方面具有明显优势，相比于普通光催化含砂雾封层和涂覆式光催化材料，能更好地满足光催化路面长期服役的要求。　　该研究成果不仅可以有效提高光催化含砂雾封层对汽车尾气的降解效能，改善城市空气污染问题，而且有利于废玻璃的资源化回收利用，减少砂石材料的使用，达到保护生态环境、促进资源节约的目的。
作者：	王方琳
专业：	土木工程
导师：	郭咏梅;周晓云
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2023