الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۶۴
کد مقاله
CVL64
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تهیه بتن با خاصیت خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی اصلاح شده با نانو ذرات TiO2
نام انگلیسی
Preparation of TiO2 nano Particle Modified Photocatalytic Self-Cleaning Concrete
تعداد صفحه به فارسی
۲۲
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۹
کلمات کلیدی به فارسی
بتن ابر صاف, کلسیم سیلیکات هیدرات, زبری, فوتوکاتالیز, بتن با خاصیت خود تمیز شوندگی
کالج علوم و مهندسی مواد، دانشگاه فناوری ووهان، ووهان، چین
لابراتوار مواد ساختمانی سبز، آکادمی مواد ساختمانی چین، پکن، چین
مرجع به انگلیسی
State Key Laboratory of Silicate Materials for Architecture, Wuhan ,China; WUT-UC Berkeley Joint Laboratory on Concrete Science and Technology, Wuhan , China
کشور
چین
تهیه بتن با خاصیت خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی اصلاح شده با نانو ذرات TiO2
چکیده
بتن با قابلیت خود تمیز شوندگی به عنوان یک رویکرد بالقوه جهت تمیز تر نمودن شهرها، از طریق کاهش آلاینده های هوایی، بشمار می آید. در این مطالعه، نوعی بتن فوتوکاتالیستی دارای سطحی ابر صاف، با استفاده از یک رویکرد جدید و با بهره گیری از طبیعت نانو دانه ای محصول اصلی هیدراسیون / آبپوشی سیمان، یعنی کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H)، و خواص فوتو کاتالیز نانو ذرات TiO2 ساخته شده است. نتایج نشان دهنده آن می باشند که سطح بتن ساخته شده، از پوشش C-S-H و نانو ذرات TiO2 برابر با حدودا ده ها نانو متر برخردار است. زبری سطح بتن نیز در حدود ۵/۳ الی ۱۱ نانو متر می باشد. سطح بتن ابر صاف فوتوکاتالیستی قابلیت تجزیه کارامد آبی متیلن (MB) را خواهد داشت. بواسطه سطح ابر صاف و همچنین خواص فوتوکاتالیستی، به راحتی قابلیت شستشوی آلاینده های برجای مانده به وسیله آب باران وجود دارد و این نوع جدید بتن را می توان به عنوان یک ماده با قابلیت خود تمیز شوندگی برای ساختمان های شهری نیز بکار برد.
کلمات کلیدی:بتن ابر صاف، کلسیم سیلیکات هیدرات، زبری، فوتوکاتالیز، بتن با خاصیت خود تمیز شوندگی
تهیه بتن خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی نانو ذرات TiO2
۱- مقدمه
ویژگی پایداری، مخصوصاً پایداری محیطی، به عنوان یک مولفه کلیدی به شمار می آید و بر این مبنا توجه ویژه ای از سوی دولت ها، سیاست گذاران، محققین، صنایع و به طور کلی عموم مردم معطوف بدان شده است (Cucek و همکاران، ۲۰۱۲، Chiarini، ۲۰۱۲، Chiarini، ۲۰۱۳). در این ارتباط، صنایع در خلال زمان اقدام به پیاده سازی سیستم های مدیریت محیط زیستی بر مبنای استانداردها و قواعد بین المللی نموده اند (Chiarini، ۲۰۱۲، Chiarini، ۲۰۱۳). بتن هم اکنون به طور فزاینده ای در اغلب شهرهای مدرن به کار گرفته شده است و همچنان به عنوان یک مولفه اصلی تعامل انسان با طبیعت و محیط شهری به شمار می آید. این ماده یکی از مهمترین بخش های محیط شهری به شمار آمده و از پتانسیل لازم در ارتباط با پایداری مطلوب محیطی برخردار می باشد. در صورتی که سطح بتن با استفاده از یک لایه TiO2 فوتوکاتالیستی پوشیده شود، می توان از طریق تابش نور ماوراء بنفش خورشید (UV) انرژی کافی از آن به دست آورد و با استفاده از آن قابلیت تجزیه ذرات آلی و آلایندگی های هوایی نظیر NOx (Li و همکاران، ۲۰۱۰، Yu و همکاران، ۲۰۱۴) یا تبدیل آن ها (شکل ۱) بوجود می آید. بتن را می توان با توجه به ویژگی فوق به خوبی به کار گرفت تا از این طریق شهری تمیزتر داشته باشیم. این نوع از بتن در برخی از ساختمان ها و سنگ فرش های خیابان به کار گرفته شده است (انجمن سیمان پورتلند، ۲۰۱۴، Osborn و همکاران، ۲۰۱۲). در این راستا Chen از فرایند اکسایش فوتوکاتالیستی ناهمگن بر روی یک بتن فعال شده مخصوص جاده جهت تمیز نمودن محیط های هوایی شهری از طریق کاهش NOx اقدام نمود (Chen و همکاران، ۲۰۱۱). Ling و Poon نیز نوعی بلوک بتنی ترکیبی خشک را با استفاده از ضایعات شیشه و Tio2 فوتوکاتالیست ارائه نمودند (Ling و همکاران، ۲۰۱۴).
در این مطالعه، نسبت به ساخت بتن ابر صاف فوتوکاتالیستی با قابلیت تجزیه مواد بدبو، آلاینده های هوا، ویروس ها، هاگ ها و باکتری ها بر روی سطح بتن اقدام می شود. سطح ابر صاف که با استفاده از این روش تهیه می شود تحت شرایط نور محیطی می تواند از خود خواص خود تمیز شوندگی و ضد میکروبی را بروز نماید. در این مقاله، پارامترهایی چون مورفولوژی یا ریخت شناسی و زبری سطح بتن و خواص فوتوکاتالیستی این نوع جدید از بتن ابر صاف کاتالیستی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
تهیه بتن خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی نانو ذرات TiO2
۲- رویه های آزمایشی
۲ـ۱٫ مواد
یک پودر نانو TiO2 (آناتاز، قطر حدود ۱۰ الی ۴۰ نانومتر) برای فتوکاتالیست بکار گرفته شد. بعلاوه، در این تحقیق از یک کاهش دهنده آب پلی کربوکسیلات نیز استفاده شد که از نسبت کاهش آب ۲۹% و جرم سیمان ۲/۱% برخردار می باشد. سیمان استفاده شده در این بررسی سیمان پورتلند معمولی درجه ۵/۴۲ (P.O) می باشد که ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی آن در جدول ۱ و ۲ به ترتیب نشان داده شده است. ماسه استفاده شده در این تحقیق متشکل از مدول نرمی و ریزی ۲/۲، خرده سنگ (به قطر ۳۶/۲ الی ۷۶/۴ میلی متر) و ریز دانه های سبک سرامیزیت خاکستر بادی (به قطر ۳۶/۲ الی ۷۶/۴ میلی متر) می باشد که برای آماده سازی بتن مورد استفاده قرار گرفت.
۲ـ۲٫ تهیه نمونه
سرامیک با میزان مختلف ذرات نانو TiO2 (یعنی ۰%، ۵/۲%، ۰/۵% و ۵/۷%) برای ۳۰ دقیقه با استفاده از یک آسیاب گلوله ای با قطر ۵۰۰ میلی متر ترکیب شد.
سیمان با محتوای مختلف ذرات نانو TiO2، ۲/۱ کاهش دهنده آب پلی کربوکسیلات و آب جهت تهیه نمودن خمیر سیمان ترکیب شد (نسبت آب / سیمان ۲۲/۰ الی ۲۷/۰). این ترکیب دارای روانی قابل توجهی می باشد، بدانگونه که هر چه که میزان نانو TiO2 بیشتر باشد به آب بیشتری نیز نیاز خواهد بود (Yousefi، ۲۰۱۳).
سیمان، ماسه، سنگ خرد شده، ریزدانه های سبک اشباع شده در آب، کاهش دهنده آب پلی کربوکسیلات و آب جهت تهیه بتن تازه با روانی و ویسکوزیته مناسب ترکیب گردیدند.
۲ـ۳٫ روش های آزمایشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به تفنگ نشر میدانی JEOL-6700F (FEGSEM) جهت مشاهده سطح بتن مورد استفاده قرار گرفت. میکروسکوپ پروب روبشی IV نوع نانوسکوپ DI جهت مشخص سازی مورفولوژی سطح و تحلیل زبری بتن ابر صاف تحت مود ضربه ای بکار گرفته شد، در حالی که پروب های سیلیکون نیترید با اندازه نوک ۵ الی ۱۰ نانومتر در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت.
به منظور مشخص سازی ویژگی های فتوکاتالیستی بتن خود تمیز شونده، تجزیه / تخریب نوری محلول آبی متیلن (MB) بر روی سطح بتن با استفاده از منبع نور تابشی ماورای بنفش مورد بررسی قرار گرفت (Kim و همکاران، ۲۰۰۷). یک نمونه بتن با اندازه mm3 10×۱۵۰×۱۵۰ در محلول ۱۵۰ میلی لیتری MB (mg/L 10) غوطه ور شده، به گونه ای که سطح نانو ذرات TiO2 با فاصله ۱۰ سانتی متری از نور ماورای بنفش قرار گرفتند (طول موج ۳۶۵ نانومتر و شدت ۱۲۲ µw/cm2). نمونه های محلول در هر ۳۰ دقیقه یک بار تا ۱۵۰ دقیقه حاصل آمدند، متعاقباً این نمونه ها به یک دستگاه طیف نورسنج انتقال یافته تا جذب پذیری آن در طول موج ۶۶۵ نانومتر مشخص شود. ضریب تجزیه خواص فتوکاتالیستی سطح بتن را می توان از معادله (۱) حاصل آورد (Kim و همکاران، ۲۰۰۷).
تهیه بتن خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی نانو ذرات TiO2
۳- نتایج و مباحث
۳ـ۱٫ مورفولوژی تحت شرایط چند مقیاسی
بتن فتوکاتالیزور ابر صاف تهیه شده با استفاده از روش ما شباهت به یک آینه دارد. بر این مبنا این بازتاب یا انعکاس آینه ای رخ داده که خود معرف آن است که زبری بتن ابرصاف کمتر از طول موج نور مرئی (۳۸۰ الی ۷۸۰ نانو متر) می باشد. به هنگام مشاهده این ماده در زیر دستگاه FEGSEM با بزرگنمایی ۵۰۰۰۰ برابر (شکل ۳) چندین سطح کاوی یا تورفته بر روی بتن ابر صاف ملاحظه شد که می توان آن را به علت این موضوع دانست که سطح زیر لایه دگر جانشین شده به طور کامل با محصول بیرونی (OP) C-S-H پوشش داده نشده است (Richardson و همکاران، ۲۰۰۸، Ulm و همکاران، ۲۰۰۷) و یا آن که این سطح بوسیله ذرات TiO2 تحت پوشش قرار نگرفته است. C-S-H از نظر اندازه متشکل از ۵ الی چندین ده نانومتر می باشد (Nonat و همکاران، ۲۰۰۴، Pellenq و همکاران، ۲۰۰۸)، به علاوه این ماده بسیار مشابه با اندازه نانو TiO2 می باشد، بر این مبنا C-S-H و ذرات نانو TiO2 قابلیت پوشش دهی سطح زیر لایه را خواهند داشت، و به هنگامی که اقدام به جداسازی بتن از زیر لایه شیشه ای می شود، یک بتن ابر صاف حاصل خواهد شد (Shen و همکاران، ۲۰۱۱).
۳ـ۲٫ زبری بتن
به هنگامی که سطح بتن ابر صاف با استفاده از AFM مشاهده شد (شکل ۴ الف، ب)، ذرات C-S-H با قطر حدوداً ۲۰ نانومتر در برخی از نواحی دارای تراکم بسیار نزدیکی می باشند، اندازه ذرات نانو نیز در محدوده ای از ۲۰ الی ۵۰ نانومتر مشخص شده است و سطح بتن ابر صاف از نانو ریزدانه ها شکل یافته است که در حقیقت تحت عنوان ریز ساختار نانو دانه ای (Nonat و همکاران، ۲۰۰۴، Constantinides و همکاران، ۲۰۰۷) C-S-H و TiO2 خوانده می شود که سبب می گردد تا قابلیت ارائه نوعی بتن ابر صاف فراهم شود. تصویر توپوگرافی یا مکانی (شکل ۴ ب) نشان دهنده آن است که سطح بتن بسیار صاف می باشد، بر این مبنا زبری سطح بتن ابر صاف با استفاده از AFM مورد بررسی قرار گرفت. محدوده آنالیز شده برابر با µm2 0/1 × ۰/۱ می باشد و اندازه گیری های مربوط به زبری بتن در جدول ۳ نشان داده شده است. محدوده Z این سطح برابر با ۴۵ الی ۱۰۰ نانومتر می باشد و میانگین محاسباتی زبری ناحیه انتخابی برابر با ۵/۳ الی ۱۱ نانومتر است که بسیار صاف تر از خمیر پولیش شده سیمان به شمار می آید (Mahalia و همکاران، ۲۰۰۸). بعلاوه، زبری آن بسیار کمتر از طول موج نور مرئی می باشد.
۳ـ۳٫ فتوکاتالیز بتن فتوکاتالیستی ابر صاف
فرایند فتوکاتالیز بتن با قابلیت خود تمیز شوندگی با استفاده از تخریب نوری محلول آبی MB مورد ارزیابی قرار گرفته (Kim و همکاران، ۲۰۰۷) و رنگ این محلول در شکل ۵ نشان داده شده است. بعلاوه، نمودارهای مربوط به تخریب آبی MB با توجه به نوع مختلف بتن نیز در شکل ۶ ارائه گردیده و ضریب تخریب آبی MB با توجه به زمان مواجهه تحت نور ماورای بنفش مشخص شده و همچنین مشخص شد که محلول MB در گروه کنترل دارای ضریب تخریب خاصی است که علت آن را می توان قابلیت جذب پذیری بتن بر روی MB دانست. به طور اولیه، بتن با محتوای بالای TiO2 دارای ضریب تخریب بالاتری در مقایسه با گروه های سطح پایینتر می باشد، اما با توجه به زمان مواجهه و افزایش آن تفاوت بین نسبت های تخریب بتن با استفاده از محتوای مختلف TiO2 چندان قابل توجه نخواهد بود. سطح بتن با TiO2 دارای تأثیر معنا داری بر روی تخریب آبی MB می باشد.
تهیه بتن خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی نانو ذرات TiO2
۴- نتیجه گیری
بتن فتوکاتالیست به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است، اما به واسطه سطح زبر بتن هیچگونه ویژگی خود تمیز شوندگی واقعی قبل از ارائه این مبحث مد نظر نبوده است. این مقاله ارائه دهنده یک نوع بتن ابر صاف فتوکاتالیستی می باشد. این بتن به آینه شباهت دارد، آن هم در محدوده آنالیز µm2 0/1 × ۰/۱ که محدوده Z در این ناحیه در حدود ۴۵ الی ۱۰۰ نانومتر مشخص شده است و میانگین زبری محاسباتی ناحیه انتخابی نیز برابر با ۵/۳ الی ۱۱ نانومتر می باشد. به علاوه این بتن قابلیت تخریب مؤثر آبی MB را دارد و به عنوان بتن فتوکاتالیستی ابر صاف از قابلیت حقیقی خود تمیز شوندگی نیز برخوردار می باشد و بنابر این به عنوان یک ماده کاملاً قابل توجه برای ساختمان سازی به شمار می آید. نانو ذرات TiO2 تنها بر روی سطح این محصول بکار گرفته شده اند، به گونه ای که هزینه این محصول اقتصادی و به صرفه باشد.
نکات اصلی
ما اقدام به تهیه یک بتن فتوکاتالیستی با قابلیت بتنی ابر صاف نمودیم.
زبری سطح بتن برابر با ۳ الی ۱۱ نانومتر در یک مساحت روبشی µm2 0/1 ´ ۰/۱ مشخص شد.
این بتن به عنوان یک ماده کاملاً قابل توجه و با خاصیت خود تمیز شوندگی به شمار می آید.
ما با کاربرد ذرات نانو TiO2 در صرفاً ناحیه سطحی، اقدام به کاهش هزینه بتن فتوکاتالیستی نمودیم.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
