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基于光催化作用的透水混凝土路面研究

摘要：“碳中和”背景下，为解决汽车尾气排放导致大气污染问题，采用光

催化作用对排放的有害气体进行降解，成为治理生态环境污染，促进绿色生态道

路建设的新型处治技术。研究对在紫外线和催化剂作用下，污染气体被分解成无

害气体的基本作用原理进行分析，结合国内外研究，对路用光催化负载研究现状

进行综述，并提出采用二氧化钛(SiO)为催化剂进行基于光催化作用的自清洁透

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水混凝土路面设计的试验技术方案。研究为光催化负载透水混凝土路面设计提供

一定参考。

关键字：光催化；透水混凝土；作用机理；试验方案

1前言

近年来纳米光催化技术成功运用于废水处理，对于气体污染物处理中表现出

的良好效果，引起了国内外科研工作者的高度关注，成为改善空气质量的一种新

手段。纳米光催化材料也已经成功运用于家具建材、建筑外墙等领域。道路作为

基础设施，铺设面积较大，可以作为吸收气体污染的媒介，采用道路材料负载光

催化材料成为研究热点，国内外学者对于普通路面负载光催化材料在负载方式、

反应机理、微观结构等方面研究也已经取得少量成果。而对于透水混凝土负载光

催化材料鲜有报道。将光催化材料负载于集料，利用透水混凝土的大孔隙的特点，

使光催化材料附着在孔隙中。利用制备的混凝土所具有的透水性能，污染物降解

性能同时解决城市废弃混凝土垃圾处理、城市洪涝灾害问题，缓解目前严重的空

气污染压力。

针对目前空气污染问题严峻，为减少城市热岛效应，实现建设海绵城市的目

标，提出负载光催化材料的透水混凝土，能够有效缓解空气污染，改善城市环境，

并对解决城市洪涝灾害和汽车尾气污染问题也具有重要的意义。

采用光触媒纳米材料作为催化剂，降解汽车尾气成为控制大气污染新技术之

一。其具有以下优点：（1）反应条件简单，反应受温度条件限制小；（2）利用

太阳光的照射即可实现有机污染物矿化；（3）催化反应产物对环境不会产生二

次污染，因此，成为环境污染治理较为理想的新技术。

2光催化降解反应机理分析

当受到短波长的光照射时，如果能量高于半导体禁带宽度时，半导

体价带上的电子由于受到激发，会跃迁至导带，而价带上此时出现带有正电的空

穴，并形成电子-空穴对，也称光生载流子，并且会在内部电场作用下发生分离，

并迁移到材料表面。此时，它们和吸附在半导体光催化材料表面的水和氧气发生

氧化或还原反应，形成氧化能力极强的羟基自由基和超氧自由基等活性物质，这

些具有强氧化性的活性自由基能将多种有机污染物氧化分解成二氧化碳、水和矿

物盐等对环境友好的无污染小分子无机物。其反应能利用太阳光，在常温常压条

件下即可进行反应。

当将纳米二氧化钛等光催化剂负载到道路材料表面，随着汽车尾气的排出，

其最先与路面材料接触，在太阳光和常温常压条件下，道路材料中纳米二氧化钛

表面将生产具有极强氧化能力的-OH，并将汽车尾气中的CO、HC和NO分别氧化

X

成CO、HO和NO-。

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2光催化负载试验的研究现状

在低碳背景下，我国一直以来坚持以节约能源和资源、保护生态环境、实现

可持续作为发展目标。而光催化剂作为一种无污染的环保材料，从20世纪90年

代初期就广泛运用与建筑外墙材料，内墙装饰以及卫浴材料。道路材料负载光催

化剂能够有效吸收汽车尾气，为生态道路建设提供一个新思路，探索与光催化材

料的结合方式，对于丰富道路材料的功能具有重要的意义。常见的光催化材料有

TiO、CdS、ZnO、SnO等。其中TiO、CdS和ZnO光催化效果最好，但是后两者

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在光照下不稳定。相比其他催化材料，TiO具有活性高、稳定性好、催化条件简

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单、价格低廉、对环境无害等特点，是使用最广泛的光催化材料。

（1）光催化剂负载混凝土的方式

国内外对于光催化剂负载混凝土都有了一定的研究，光催化剂负载混凝土主

要是将光催化剂引入混凝土表面或者内部，使光催化材料可以在光照条件下进行

光催化作用，降解有害污染物达到净化环境的目的。对于光催化剂负载混凝土主

要分为涂覆