水泥路面負載納米 催化凈化 技術(shù)研究

王政軍++李星++陳萌

摘要：汽車尾氣排放的氮氧化物（NOx）是大氣污染物中的主要物之一，隨機動車保有量的日漸增長，如何高效、徹底地凈化機動車尾氣亟待解決。本文基于納米二氧化鈦（TiO2）光催化材料的物理化學(xué)特性、催化反應(yīng)機理提出了一種道路負載納米TiO2催化凈化汽車尾氣排放NOx新技術(shù)，并主要介紹負載納米TiO2水泥路面的制備工藝和方法，并就各種方法的實際應(yīng)用進行了論證。事實證明，水泥路面負載納米材料催化凈化汽車排放氮氧化物具有較好效果，其應(yīng)用前景較為廣闊。

關(guān)鍵詞：納米TiO2；凈化技術(shù)；NOx；機動車排放

中圖分類號：K477文獻標識碼：A

1.引言

汽車尾氣中的氮氧化物是空氣中的主要污染物之一，嚴重影響空氣質(zhì)量，并且會對人類健康構(gòu)成極大的危害。針對于此，世界各國早已對汽車尾氣進行了多方面研究。目前研究表明，固體表面負載光催化劑可凈化汽車尾氣污染，是一種有效途徑。顯然，尾氣從排氣管排出后首先觸及的固體表面是路面，而后是公路兩側(cè)的建筑物和交通設(shè)施。因此將納米TiO2負載到路面進而凈化NOx，將會取得明顯環(huán)境保護效果。

2.路面光催化材料凈化氮氧化物的原理

納米TiO2光催化技術(shù)，就是在光照條件下產(chǎn)生類似于光合作用的光催化反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的羥基自由基和超氧離子自由基具有極強的氧化性），并且把有機物分解成無污染的H2O和CO2。其反應(yīng)的基本原理如公式1-6所示：

+ → +

依據(jù)以上光催化原理可知，路面光催化材料凈化氮氧化物的原理為：

3. 路面光催化材料凈化應(yīng)用及其效果

我國道路路面材料主要有兩種：水泥混凝土路面材料和瀝青混凝土路面材料。實驗數(shù)據(jù)證明，水泥混凝土路面負載納米TiO2后催化降解NOx效果非常明顯，而負載納米TiO2后的瀝青混凝土路面凈化NOx的效果則稍差。目前，將納米TiO2負載到水泥混凝土路面上的工藝主要有三種，如下表1所示：

表1 水泥混凝土路面負載納米TiO2的方法

種類 水泥混凝土路面負載納米TiO2的方法

1. 將一定量的納米TiO2添加到水泥中，使其具有催化降解效能，然后制成水泥混凝土

2. 水泥混凝土材料的道路具有多孔特性，可將納米TiO2材料分層滲入到道路基體中

3. 將納米TiO2薄膜包覆于水泥混凝土部分集料表面，使該集料暴露于路面

東南大學(xué)綠色建材技術(shù)研究所曾將納米TiO2催化凈化技術(shù)應(yīng)用于南京長江三橋，將納米TiO2噴涂負載到路面后，對NOx進行實際催化氧化。實驗數(shù)據(jù)表明，納米TiO2對汽車排放尾氣中NOx有效降解效率高達80%。東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院關(guān)強等曾在京加公路做過納米TiO2催化凈化汽車排放尾氣中NOx的實地測試利用噴涂法將納米TiO2滲入路面。通過空氣采樣器采集的動態(tài)空氣樣本數(shù)據(jù)顯示，納米TiO2材料的噴涂區(qū)NOx的濃度要明顯低于未噴涂區(qū)。

日本是最早發(fā)現(xiàn)TiO2催化反應(yīng)的國家，其路面負載納米TiO2催化凈化的技術(shù)也較為成熟。日本千葉縣曾將納米TiO2光催化劑添加到路面材料中，修建成一條具有催化凈化功能高速公路。據(jù)東京環(huán)境衛(wèi)生局的調(diào)查顯示，在少量陽光和雨水條件下，該路面可以吸收汽車排放尾氣中25%的NOx。在意大利的米蘭市，也曾應(yīng)用過與之類似的瀝青混凝土公路。數(shù)據(jù)顯示，其廢氣污染指數(shù)可降低60%以上。

以此可以看出，將納米TiO2催化凈化應(yīng)用于實際并且考慮溫度、濕度、風(fēng)力等自然因素的影響后，納米TiO2對NOx仍有明顯的催化凈化效果，有力地論證了路面負載納米TiO2催化凈化技術(shù)的實際可行性。

4.路面負載納米NOx的不足及展望

路面負載納米TiO2的不足之處主要有三點：一是催化反應(yīng)生成的H2SO4、HNO3等對路面材料具有腐蝕作用；二是納米TiO2的附著效果不理想，納米的附著受雨水等環(huán)境因素影響較大；三是負載于瀝青路面凈化效果欠佳，有待改進。上述局限使得路面負載納米TiO2暫不能大規(guī)模應(yīng)用于工程實際，若上述問題得到良好的解決，必將帶來巨大的社會效益。

5.結(jié)束語

路面負載納米TiO2催化凈化技術(shù)作為一種新興環(huán)保技術(shù)，對汽車排放尾氣中具有NOx明顯的凈化效果，在具體應(yīng)用中其具有成本低廉、高效催化、效果穩(wěn)定等特點，其必將在未來的凈化機動車尾氣排放NOx的領(lǐng)域中擁有廣闊的前景。

參考文獻

[1].Bhatkhande D S， Pangarkar V G， Beenackcrs A A C M.Photocatalytic degradation for environmental applications-Areview[J].Chem techn Biotechn，2002，77（1）：102

[2].關(guān)強，陳萌.公路水泥混凝土路面噴涂納米TiO2凈化機動車排放污染物研究[J].功能材料，10（2008）：610-614.

[3].謝杰光，匡亞川.納米TiO2光催化技術(shù)及其在降解汽車尾氣中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報A：綜述篇，2010，26（8）：141-145.

[4].湯楓秋，黃校先，張玉峰.納米ZnO2懸浮體的表而化學(xué)特性[J].材料科學(xué)與工程，1999，17（3）：23-26.endprint