TiO 2 właściwości i zastosowanie


Download 64.41 Kb.
Pdf ko'rish
Sana09.03.2017
Hajmi64.41 Kb.

TECHNOLOGIE MATERIAŁÓW 

BUDOWLANYCH

BUDOWLANYCH

dr inż. Anna Zielińska-Jurek

Katedra Technologii Chemicznej

pok. 026 Ch.A., tel. 58 347 29 37

e-mail: annjurek@pg.gda.pl

TiO

2

właściwości i zastosowanie

Ditlenek


tytanu

jest


najbardziej

rozpowszechnionym i najczęściej używanym

związkiem tytanu

Tytan (Ti)

Wszystkie odmiany ditlenku tytanu w naturze występują jako składnik

skał magmowych i metamorficznych, w postaci czystej są przezroczyste.

Anataz


ponadto

w

niewielkich



ilościach

występuje

w

iłach


i piaskowcach

Odmiany polimorficzne TiO

2

: a) rutyl, b) anataz, c) brukit 

TiO

2

właściwości i zastosowanie

Anataz

Rutyl

Ditlenek tytanu - zastosowania

Rozkład substancji organicznych w zanieczyszczonym powietrzu





Biel tytanowa znajduje zastosowanie w

przemyśle włókien sztucznych, emalierskim,

ceramicznym,

gumowym,


cementowym,

bitumicznym, skórzanym, kosmetycznym,

farmaceutycznym a nawet żywnościowym

Rozkład substancji organicznych w zanieczyszczonym powietrzu



i w ściekach

W procesach samooczyszczania powierzchni



Modyfikacji

powierzchni

szklanych

oraz

luster


(powierzchnie

superhydrofilowe)

Inaktywacji bakterii – działanie antybakteryjne



Generowanie wodoru



Powierzchnie samoczyszczące oraz powierzchnie 

nieulęgające zaparowaniu na bazie TiO

2

W przemyśle budowlanym (kafle kuchenne oraz łazienkowe, kafle



zewnętrzne, okna, lustra łazienkowe, gips),

w przemyśle komunikacyjnym (ściany oraz powierzchnie lamp w



tunelach, sygnalizacja świetlna, lustra ustawione przy drogach),

rolnictwie (szklarnie)



w przemyśle samochodowym (szyby i lusterka samochodowe)



Pasywne systemy oczyszczania powietrza

Zaprawy lub tynki samoczyszczące

Niewielka



ilość

TiO


2

wprowadzona

do

materiałów



cementowych

nadaje


właściwości

fotokatalityczne

powierzchni otrzymanej struktury.

Lotne zanieczyszczenia oraz substancje organiczne ulęgają



Lotne zanieczyszczenia oraz substancje organiczne ulęgają

adsorpcji na powierzchni materiału i dyfundując poprzez pory

ulęgają adsorpcji na powierzchni nanocząstek TiO

2



Absorpcja promieniowania UV z promieniowania słonecznego



poprzez cząstki TiO

2

wbudowane w strukturę materiału



prowadzi do ich fotoaktywacji i generowania rodników

hydroksylowych,

odpowiedzialnych

za

degradacje



zaadsorbowanych zanieczyszczeń

Pasywne systemy oczyszczania powietrza na 

bazie TiO

2

1. Minimalna energia dla TiO

2

, która



jest

potrzebna

do

wzbudzenia

elektronu

i

w



konsekwencji

do

wygenerowania



dziury

w

paśmie



walencyjnym (Eg) ma wartość około

3,2

eV,

co

odpowiada



kwantowi

promieniowania o długości fali 388

nm. TiO może więc być aktywowany

nm. TiO


2

może więc być aktywowany

w zakresie promieniowania UVA (300-

388 nm)


1.

Powierzchnia półprzewodnika zostaje

naświetlona

promieniowaniem

o

długości fali równej lub niższej 388



nm.

2.

W wyniku absorpcji fotonu elektrony



z pasma niskoenergetycznego pasma

walencyjnego

przenoszone



do

wysokoenergetycznego

pasma

przewodzenia



czego

następstwem

jest tworzenie nośników ładunków

(dziury w paśmie walencyjnym oraz

(dziury w paśmie walencyjnym oraz

elektrony w paśmie przewodnictwa).

3.

Nośniki ładunku mogą ulegać rekombinacji lub migrować na powierzchnię



fotokatalizatora, gdzie pod wpływem reakcji redox generowane są wolne

rodniki, które biorą udział w rozpadzie zanieczyszczeń.

4.

Rodniki hydroksylowe



OH powstają w reakcji utleniania pomiędzy dziurą

oraz H

2

O lub



-

OH . Elektron może brać udział w reakcji redukcji z

zaadsorbowanym O

2

(aq) generując O



2

•-

, który następnie może generować



dodatkowo H

2

O



2

oraz


OH.


Właściwości superhydrofilowe ditlenku tytanu 

Właściwości ditlenku tytanu wykorzystywane w przypadku

powierzchni samoczyszczących wynikają z dwóch zjawisk

indukowanych światłem: pierwsze zjawisko to zdolność do

fotodegradacji substancji, natomiast drugim zjawiskiem jest

tzw.


superhydrofilowość

Inspiracja z natury

Zwilżanie materiałów, kąt zwilżania



Hydrofilowość materiału - kąt styku występujący pomiędzy wodą,

a materiałem

Kąt styku pomiędzy wodą a substancją nieorganiczną, na przykład



pomiędzy wodą, a szkłem wynosi 20-30°.

Kąt styku występujący pomiędzy wodą, a substancją hydrofobową



(żywicą

hydrofobową

taką jak

żywica


silikonowa

lub


żywica

(żywicą


hydrofobową

taką jak


żywica

silikonowa

lub

żywica


zawierająca polimer fluorowęglowodorowy) zawiera się pomiędzy 70-

90° i więcej niż 90°.

Im mniejszy kąt zwilżania, tym ciecz bardziej się rozpływa po



powierzchni ciała stałego. Kąt równy 0° oznacza całkowite zwilżanie.

Podczas naświetlania powierzchni TiO

2

powstają pary elektron-dziura.



W efekcie, atomy tlenu są usuwane z powierzchni TiO

2

, tworząc wakaty



tlenowe.

Cząsteczki wody mogą zająć miejsca wakatów tlenowych, wytwarzając w



ten sposób zaadsorbowane grupy

·

OH, które są odpowiedzialne za



właściwości hydrofilowe powierzchni.

Im dłużej naświetlana jest powierzchnia ditlenku tytanu, tym mniejsza jest



wartość kata zwilżania dla wody.

Zwilżanie materiałów, superhydrofilowość

wartość kata zwilżania dla wody.

Po około 30 min. naświetlania lampą UV o średniej mocy, wartość kata



zwilżania zbliża sie do zera, to znaczy, że woda ma tendencje do

rozpływania sie na takiej powierzchni



Zwilżanie materiałów, superhydrofilowość

Powłoki zawierające TiO

2

mają zdolności utrzymywania



właściwości hydrofilowych w nieskończoność, tak długo jak są

naświetlane.

Wykorzystywanie idei czyszczenia przez strumień wody (okna



pokryte TiO

2

mogą być czyszczone przez opady deszczu lub



spłukanie wodą).

Właściwości superhydrofilowe ditlenku tytanu 

spłukanie wodą).

Dzięki


właściwościom

hydrofilowym,

oprócz

zdolności



samoczyszczących,

szkło


wykazuje

także


zdolności

antymgielne.



Zamglone powierzchnie luster i szkła występują wtedy, gdy wilgotne

powietrze skrapla się, w wyniku czego powstaje wiele małych

Właściwości superhydrofilowe ditlenku tytanu 

powietrze skrapla się, w wyniku czego powstaje wiele małych

kropelek wody, które rozpraszają światło.

Na



superhydrofilowej

powierzchni nie tworzą się kropelki wody, a

jednolita warstwa wody, która może tworzyć się na powierzchni, nie

rozprasza światła.

Możliwe jest również, w zależności od wilgotności powietrza,



szybkie odparowanie, gdy warstwa wody jest wystarczająco cienka.

Obecnie wiele modeli japońskich samochodów jest wyposażonych



w

antymgielne,

przeciwkroplowe,

superhydrofilowe

lusterka

boczne.


Właściwości superhydrofilowe pomagają także w

usuwaniu

zanieczyszczeń.

Większość

ścian


zewnętrznych budynków zabrudzona jest od spalin

samochodowych, które zawierają tłuste składniki.

Jeżeli


materiały

budowlane

zostały

pokryte


superhydrofilowymi fotokatalitycznymi powłokami,

brud na ścianach może być zmywany dzięki

opadom lub po spryskaniu wodą.

Właściwości samoczyszczące ditlenku tytanu 

Podatność materiału na zewnątrz budynku na



zabrudzenia jest ściśle związane z jego kątem

zwilżania wody.

Materiał na zewnętrznych ścianach budynków jest



bardziej narażony na zabrudzenia, jeżeli jest

wysoko hydrofobowy. Dlatego, tworzywa sztuczne

są bardziej podatne na zanieczyszczenia niż płaskie

szkło lub płytki



Zajęcia praktyczne

Cel - otrzymanie powierzchni o właściwościach samoczyszczących

i

ich



charakterystyka.

Badany


będzie

wpływ


stężenia

TiO


2

i promieniowania UV na właściwości samoczyszczące.



Wykonanie krok po kroku

Krok 1

Sporządzenie mieszaniny gipsu budowlanego i TiO (Stężenie TiO 0, 

Sporządzenie mieszaniny gipsu budowlanego i TiO

2

(Stężenie TiO



2

0, 


10, 20 i 30 % wag.) z wodą 

Krok 2

Po związaniu zaprawy nanieść na przygotowane płytki 0,5 cm

3

błękitu 


metylowego lub kawy rozpuszczonej. 

Krok 3

Należy dokumentować fotograficznie zmiany zabawienia płytek w 

czasie 


Podział na grupy

Światło 

słoneczne

zanieczyszczenie

Światło UV

Grupa 1


0 % TiO

2

barwnik


0 % TiO

2

20 % TiO



2

barwnik


20 % TiO

2

Grupa 2


0 % TiO

2

barwnik



0 % TiO

2

30 % TiO



2

barwnik


30 % TiO

2

30 % TiO

2

barwnik


30 % TiO

2

Grupa 3


0 % TiO

2

barwnik



0 % TiO

2

10 % TiO



2

barwnik


10 % TiO

2

Grupa 4


0 % TiO

2

kawa


0 % TiO

2

30 % TiO



2

kawa


30 % TiO

2


Download 64.41 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2020
ma'muriyatiga murojaat qiling