Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

NEW PHOTOCATALYTIC NANO ADDITIVES BASED ON TITANIUM DIOXIDE AND SILICA FOR SELF ­ CLEANING CONCRETE K. A. Pozhivina Apatity Branch of Murmansk State Technical University, Apatity, Russia Abstract In this article powdered composites of titanium dioxide and silica with high-developed surface (183-534 m 2 / g), synthesized from industrial wastes, are considered as photocatalytic concrete additives. Their composition was studied, and the photocatalytic performance was evaluated by decomposition of the dye “ Methylene blue ” under UV-irradiation. The surfactant's concentration at which the photocatalytic activity reaches its highest values was determined. Keywords: titanium dioxide, photocatalyst, silica, composite, nanoparticles, self-cleaning concrete. В настоящее время в строительной сфере большое внимание уделяется прочностным, качественным и эстетическим характеристикам строительных материалов, а также учитывается их воздействие на экологию. Проблема загазованности и запылённости стоит остро практически во всех крупных городах мира. Здоровье населения губят такие вещества, как оксиды азота, серы, угарный газ, метан, твёрдые пылевые частицы, грибки, бактерии и многое другое. Уменьшить концентрацию вредных веществ можно с помощью использования в строительных материалах фотокатализаторов — соединений, окисляющих контактирующие с ними вещества при воздействии на них световой энергии. При этом образуются нетоксичные продукты, которые удаляются с поверхности (например, бетона) самопроизвольно либо при омывании ее дождём, что сохраняет или улучшает не только экологическую обстановку, но и внешний вид конструкции, так как здания, асфальтные дорожные покрытия, стёкла и т. д. не дают загрязнениям надолго оседать на своей поверхности, т. е. наблюдается эффект самоочищения. Самым распространённым фотокатализатором является оксид титана (IV) в виде кристаллического анатаза в силу своей эффективности и дешевизны. Часто для усиления фотоактивности и расширения спектрального диапазона работоспособности диоксид титана модифицируют различными элементами, которые позволяют ему функционировать в реальных условиях. Главным ограничением использования TiO 2 в качестве фотокатализатора является то, что его действие проявляется лишь при облучении ближним УФ-диапазоном с длиной волны менее 388 нм, что приблизительно равно всего 5 % солнечного спектра, достигающего поверхности Земли [1]. Поэтому очевидна необходимость модифицирования TiO 2 для усиления его активности при УФ- облучении или придания ему фоточувствительности к видимой области спектра. Но для его использования в самоочищающихся бетонах предварительно необходимо подобрать такой состав композита, который не уменьшал бы производительность фотокатализатора (или даже увеличивал её) и при этом не вносил бы негативные эффекты в качественные характеристики бетона. Данная работа посвящена исследованию фотокаталитических свойств различных добавок, содержащих диоксид титана и диоксид кремния, синтезированных с использованием техногенного сырья. Так как SiO 2 входит в состав бетонов, то его присутствие в составе фотокатализатора может не только обеспечить синергетический эффект с TiO 2 , усиливающий фотокаталитическую активность (ФКА) последнего, но и повысить качество бетона за счёт улучшения его основных характеристик [2-4]. В качестве прекурсоров для синтеза добавок использовались кремнийсодержащие растворы, полученные после растворения остатков от выщелачивания магнезиально-железистых шлаков медно- никелевого комбината «Печенганикель» Кольской ГМК [5], и сернокислые растворы титана. Также была изучена ФКА механической смеси, состоящей из анатаза и диоксида кремния (белая сажа марки БС-120). Образцом сравнения служила проба TiO 2 (анатаз), полученная из гидроксида титана, выделенного из сульфатного раствора титана (IV) аммиачной водой. Ti(OH) 4 сушили при 85 °С и измельчали с получением порошка ( 5 уд. = 8,72 м 2 /г). Химический состав исследуемых образцов приведен в табл. 1. 146