Севастополь, Севастополь, Россия
Севастополь, Россия
с 01.01.2022 по 01.01.2024
Аннотация. В статье приведены результаты исследования фотокаталитической активности при видимом свете, высокодисперсного порошка оксида вольфрама WO3, полученного в результате рециклинга твердосплавных изделий. Выполнен микроструктурный анализ порошка оксида вольфрама с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) до и после процесса фотокатализа. Представлены результаты испытаний физико-механических свойств (плотность, прочность при сжатии, водопоглощение, общая пористость) цементной матрицы с различным содержанием порошка WO3 (1–5 масс. %). Проведен предварительный анализ модифицированной поверхности на самоочищающиеся свойства. Предмет исследования: Цементная матрица, модифицированная фотокатализатором на основе высокодисперсного порошка оксида вольфрама WO3. Материалы и методы: В качестве фотокатализатора применяли высокодисперсный порошок оксида вольфрама (средний размер частиц 40 до 200 нм). Фотокаталитическая активность порошка WO3 оценивалась путем определения степени деструкции модельного органического загрязнителя метиленового синего с концентрацией 15 мг/л методом фотометрического анализа раствора с помощью прибора «Эксперт 003» при длине волны 654 нм. Микроструктура порошка оксида вольфрама исследовалась на сканирующем электронном микроскопе PHENOM proX. Для изготовления цементных матриц с фотокатализатором использовали портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5Н СС. Физико-механические свойства цементных образцов определяли по стандартным методикам ГОСТ 30744-2001, ГОСТ 30744-2001. Результаты: Результаты исследования показали, что фотокаталитическая активность порошка оксида вольфрама возрастает с увеличением его концентрации в растворе и времени облучения видимым светом. Максимальная деградация 89 % красителя, наблюдается при добавлении 5,0 г/л порошка WO3, через 180 мин после начала реакции. Добавление порошка оксида вольфрам в цементную матрицу приводит к увеличению плотности, прочности на сжатие, снижению водопоглощения и общей пористости. Визуальный анализ обесцвечивания органического красителя на поверхности модифицированной цементной матрицы предположительно связан со способностью поверхности к самоочищению благодаря фотокаталитическим свойствам оксида вольфрама. Выводы: Использование высокодисперсного порошка оксида вольфрама в цементных матрицах имеет большой потенциал для создания самоочищающихся строительных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами, а также способностью разлагать загрязняющие органические вещества под воздействием видимого света.
фотокатализ, высокодисперсный порошок, триоксид вольфрама, цементный материал, самоочищение, прочность
1. Darkwah Williams Kweku, Odum, Bismark, Addae Maxwell, Koomson, Desmond, Kwakye Danso Benjamin, Oti-Mensah Ewurabena, Asenso, Theophilus, Buanya Beryl. Greenhouse Effect: Greenhouse Gases and
2. Guanyu Liu, Tianzheng Zhao, Hailiang Fei, Fen Li, Wenya Guo, Zhaolin Yao, Zhen Feng. A review of various self-cleaning surfaces, durability and functional applications on building exteriors // Construction and
3. Hassaan, M.A., El-Nemr, M.A., Elkatory, M.R. et al. Principles of Photocatalysts and Their Different Applications // A Review. Top Curr Chem (Z), 2023, 381. p. 31.
4. Dong Fan, Zhang Yuxin, Zhang Sen, Editorial: Photocatalysis for Environmental Applications // Frontiers in Chemistry. 2019, Vol. 7.
5. Seonghun Park, Yesub Keum, Jinhee Park. Ti-based porous materials for reactive oxygen species mediated photocatalytic reactions // Chem Commun (Camb), 2022. 58(5). pp.607-618.
6. Ionut Claudiu Roata, Catalin Croitoru, Alexandru Pascu, Elena Manuela Stanciu. Photocatalytic coatings via thermal spraying: a mini-review // AIMS Materials Science, 2019, 6(3). pp. 335-353.
7. . Nguyen Dac Dien, Pham Thi Thu Ha, Xuan Hoa Vu, Tran Thu Trang, Trinh Duc Thanh Giang and Nguyen Thi Dung. Developing efficient CuO nanoplate/ZnO nanoparticle hybrid photocatalysts for methylene blue
8. Kailun Chen, Fulin Qu, Yuhan Huang, Jack Cai, Fan Wu, Wengui Li, Advancing photocatalytic concrete technologies in design, performance and application for a sustainable future // Advanced Nanocomposites,
9. Gang Liao, Wu Yao, Anming She, Cheng Shi, Junqing Zuo, Delong Wu. Interfacial design of nano-TiO2 modified recycled concrete powder for building self-cleaning // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and
10. Zhang Weibo, Chen Pinghua, Liu Jun, Huang NanNan, Feng Chenglian, Wu Daishe, Bai Yingchen. Effects of Different Delocalized π-Conjugated Systems Towards the TiO2-Based Hybrid Photocatalysts // Frontiers
11. Kannappan Panchamoorthy Gopinath, Nagarajan Vikas Madhav, Abhishek Krishnan, Rajagopal Malolan, Goutham Rangarajan. Present applications of titanium dioxide for the photocatalytic removal of pollutants
12. Tsang Chi, Li Kai, Zeng Yuxuan, Zhao Wei, Zhang Tao, Zhan Yujie, Xie Ruijie, Leung Dennis, Huang Haibao. Titanium oxide based photocatalytic materials development and their role of in the air pollutants
13. Гаврилова М., Гаврилова Д., Евстропиев С., Шелеманов А., Багров И. Пористые керамические нанопорошки ZnO: особенности фотолюминесценции, адсорбции и фотокаталитические свойства
14. Perez Nicolás María, Navarro Iñigo, Fernández J.M., Alvarez José. Atmospheric NOx removal: Study of cement mortars with iron- and vanadium-doped TiO2 as visible light–sensitive photocatalysts // Construction
15. Xu Yun, Song Xu, Jiang Shumei, Wei Chao-Hai. Enhanced photocatalytic activity of Pt-doped TiO2 for NOx oxidation both under UV and visible light irradiation: A synergistic effect of lattice Pt4+ and surface PtO
16. Xiangyu Chen, Lige Qiao, Rixu Zhao, Jianhao Wu, Jingyang Gao, Lan Li, Jinchao Chen, Wen Wang, Melissa G. Galloni, Federico M. Scesa, Zhi Chen, Ermelinda Falletta. Recent advances in photocatalysis
17. L. Jing, W.J. Ong, R. Zhang, E. Pickwell-MacPherson, C.Y. Jimmy. Graphitic carbon nitride nanosheet wrapped mesoporous titanium dioxide for enhanced photoelectrocatalytic water splitting // Catalysis Today,
18. Quan Haiqin, Gao Yanfeng, Wang Wenzhong. Tungsten oxide-based visible light-driven photocatalysts: Crystal and electronic structures and strategies for photocatalytic efficiency enhancement // Inorganic
19. N.C. Zheng, T. Ouyang, Y. Chen, Z. Wang, D.Y. Chen, Z.Q. Liu. Ultrathin CdS shell-sensitized hollow S-doped CeO2 spheres for efficient visible-light photocatalysis // Catal. Sci. Technol., 2019, 9 (6). pp.
20. L. Wei, Z. Guo, X. Jia. Probing photocorrosion mechanism of CdS films and enhancing photoelectrocatalytic activity via cocatalyst // Catal. Lett., 2021, 151 (1). pp. 56-66.
21. Xu Xuan, Sun Yaofang, Fan Zihong, Zhao Deqiang, Xiong Shimin, Zhang Bingyao, Zhou Shiyu, Liu Guotao. Mechanisms for ·O2- and ·OH Production on Flowerlike BiVO4 Photocatalysis Based on Electron Spin
22. M.G. Galloni, E. Ferrara, E. Falletta, C.L. Bianchi. Olive mill wastewater remediation: from conventional approaches to photocatalytic processes by easily recoverable materials // Catalysts, 2022, 12 (8). p. 923.
23. R. He, X. Huang, J. Zhang, Y. Geng, H. Guo. Preparation and evaluation of exhaust-purifying cement concrete employing titanium dioxide // Materials, 2019, 12 (13). p. 2182.
24. Han, B., Zhang, L., Ou, J. Photocatalytic Concrete. In: Smart and Multifunctional Concrete Toward Sustainable Infrastructures. Springer, Singapore. 2017. P. 400.
25. Sun Jinfeng, Tian Liang, Yu Zhuqing, Zhang Yu, Li Chengdong, Hou Guihua, Shen Xiaodong. Studies on the size effects of nano-TiO2 on Portland cement hydration with different water to solid ratios // Construction
26. M. Janus, S. Mądraszewski, K. Zając, E. Kusiak-Nejman, A.W. Morawski, D. Stephan, D Photocatalytic activity and mechanical properties of cements modified with TiO2/N // Materials, 2019, 12 (22). p. 3756.
27. Патент на изобретение «Способ получения нанодисперсных порошков» 2763814 C1, 11.01.2022. Заявка № 2021102205 от 29.01.2021
