میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

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.

میکرو- TiO₂ ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

چکیده

کاشی های فوتوکاتالیستی صنعتی جدید نه تنها از عملکرد مناسب فوتوکاتالیستی برخوردار هستند، بلکه همچنین از ضروریات استاندارد با توجه به ویژگی های سخت شدگی، عدم وجود تخلخل، سطح شیشه ای و دوام نیز بهره مند می باشند. این ویژگی ها از طریق ترکیب مواد فوتوکاتالیستی با مواد تجاری TiO₂، که به طور متعارف جهت ایجاد سطوح شیشه ای بکار گرفته می شوند، حاصل گردیده است. در فرآیند تهیه، جهت اجتناب از بکارگیری نانو مواد متعارف پودری از یک میکرو- TiO₂ تجاری استفاده شده است. شکل ظاهری آناتاز حتی پس از فرآوری های حرارتی در دمای ۶۸۰ درجه سلسیوس همچنان حفظ شده است، موردی که بر مبنای اندازه گیری های گاف نواری و XRPD بر روی مواد نهایی مورد تأیید قرار گرفته است. آزمایشات تجزیه فوتوکاتالیستی انجام شده در رسانه های به ترتیب آب و هوا، با استفاده از آبی متیلن و NO_x به عنوان یک آلاینده مدل، مؤکد عملکرد مناسب کاشی ها در هر دو فاز مایع و گاز می باشد.

کلمات کلیدی: کاشی های فوتوکاتالیستی، ماده شیشه ای، TiO₂ میکرومتری، NO_x، آبی متیلن

میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

۱- مقدمه

هم اکنون شاهد رشد مصرف بازاری نانو مواد می باشیم. در خصوص مصالح ساختمانی، شاهد حضور خاص TiO₂ نانو اندازه، بواسطه کاربرد سنتی آن به عنوان یک رنگدانه سفید می باشیم.

امروزه TiO2 در ابزارها و تاسیسات تصفیه هوا و به عنوان ابزار فناوری سطح و مواد افزودنی به سرامیک، سیمان، زیرساختارهای حمل و نقل و شیشه کاربرد دارد. این محصولات با توجه به قابلیت هایی نظیر آلایندگی زدایی، خود تمیز شوندگی، خاصیت ضد قارچی و قابلیت ارتقای محیط زیست بکار گرفته شده است [۱]. کاربرد نانو فوتوکاتالیست ها در مواد سیمانی به عنوان یک دستاورد مهم در خصوص کاهش آلایندگی فوتوکاتالیستی به شمار می آید [۲].

استفاده فزاینده نانو مواد در محصولات تجاری سبب بروز مباحثی در سطح جامعه در این باره شده است که آیا هزینه های محیطی واجتماعی نانو فناوری ممکن است فراتر از مزیتهای بیشمار آن باشد یا خیر [۳]. تاکنون، مطالعات اندکی وجود داشته که به بررسی تأثیرات سمی و محیطی مواجهه مستقیم و غیر مستقیم با نانو مواد و نانو ذرات مبادرت نموده باشند و بنابر این هیچگونه رهنمودهای آشکاری جهت مشخص نمودن چند و چون این گونه تأثیرات وجود ندارد [۴].

میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

۲- مطالعه تجربی

۲ـ۱٫ تهیه کاشی های شیشه ای

تولید کاشی های سفید موجود تجاری با قابلیت پوشش سطح با استفاده از ترکیب میکرو- TiO₂ (Kronos 1077) و ترکیب تجاری مبتنی بر- TiO₂، با استفاده از آسیاب گلوله ای یا ساچمه ای به وسیله شرکت GranitiFiandre SpA (White Ground Active) ارائه شده است. به منظور حاصل آوردن ثبات مطلوب محصول، در انتهای فرآیند تولید، کاشی ها تحت دمای بالای (۶۸۰ درجه سلسیوس) به مدت ۸۰ دقیقه قرار گرفته و متعاقباً جهت حذف پودر موجود بر روی سطح آنها شسته شده و بر این مبنا قابلیت تغییر نتایج فوتوکاتالیستی آنها در نظر خواهد بود (نام نمونه: White Ground Active (WGA)). در این فرآیند، ویژگی دمایی به طور دقیقی انتخاب شده تا قابلیت حفظ شکل آناتاز به صورت نیمه رسانا و قابلیت شیشه ای شدگی سطح کاشی وجود داشته باشد. کاشی های مشخصی نیز با استفاده از راهکار مشابه، اما بدون اضافه نمودن اکسید فوتوفعال در ترکیب مبتنی بر TiO₂، برای انجام نوعی مقایسه، تولید می شوند (نام نمونه: White Ground (WG)).

۲ـ۲٫ ویژگی نمونه

نمونه های پودری (ترکیب میکرو ـ TiO₂ و ترکیب مبتنی بر میکرو TiO₂) همراه با کاشی های فوتوفعال و غیر فوتوفعال بر حسب تکنیک های  سطحی  و سازه ای  آنها  توصیف  می شوند.

برآوردهای XPS با استفاده از یک ابزار M ـ پروب (SSI) مجهز به یک منبع تک رنگ Al Ka (eV 6/1486) با یک اندازه نقطه ای µm 750 ´ ۲۰۰ و انرژی گذر eV 25 انجام شدند که نتیجه آن مشخص کننده یک رزولوشن eV 74/0 می باشد. مساحت سطح از طریق مطالعات جذب نیتروژن با استفاده از روش های برونر ـ امت ـ تلر (BET) مورد بررسی قرار گرفت. اندازه گیری ها با استفاده از جذب سنج ۱۰۴۲ (شرکت Costech Instruments) در دمای نیتروژن مایع (منفی ۱۹۶ درجه سلسیوس) انجام شد.

۲ـ۳٫ راهکارهای آزمایش کاشی ها

ویژگی های اصلی کاشی ها پس از تحت پوشش قرار دادن با ترکیب مبتنی بر ـ SiO₂ فوتوکاتالیستی مورد تأیید قرار گرفتند. عدم وجود تخلخل، مقاومت در برابر سایش سطحی و دوام پذیری با استفاده از جذب آب [۱۴]، گردش یک بار سایشی بر روی سطح کاشی [۱۵] و مقاومت در برابر یخ زدگی (به عنوان ویژگی اندازه گیری ذاتی دوام محصول) [۱۶]، به ترتیب اندازه گیری شدند.

فعالیت فوتوکاتالیستی بر روی کاشی ها و نمونه های پودری در آب و هوا مورد ارزیابی قرار گرفت. در آزمایش قبلی، تجزیه آبی متیلن (µmol/l 10) انجام شد، که بر مبنای راهکار ISO 10678 می باشد. برای این هدف، یک محلول آبی در تماس با سطح فعال فوتوکاتالیستی، تحت تابش اشعه ماورای بنفش (W/m₂ 10)، با نوری بدون قابلیت القای فرایند نورکاف یا تجزیه شیمیایی بر اثر نیروی تابشی، (۲۳۰ nm £ l £ ۴۰۰ nm)، قرار گرفت و بر این مبنا نتیجه کلی رنگ زدایی این محلول ظرف ۱۸۰ دقیقه گزارش شده است. مقدار رنگ باقیمانده در محلول در بازه های منظم در طی دوره تابش ـ UV با استفاده از طیف بینی نور مرئی ـ ماورای بنفش مشخص گردید. یک برآورد مرجع با همان نمونه بدون تابش اشعه ماورای بنفش یا با یک نمونه یکسان در محفظه ثانویه با سطح فوتوفعال محافظت شده به وسیله یک پوشش از پرتوی نور ورودی انجام شد. نتایج نیز جهت محاسبه میزان تجزیه خاص و مشخص نمودن ویژگی های کارآمدی شدت تابش ـ UV سطح تست شده بکار گرفته شدند [۱۷].

میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

۳- نتایج و مباحث

۳ـ۱٫ نتایج مشخصات

یک تصویر TEM میکرو TiO₂ در شکل ۱ ارائه شده است. بر این مبنا قابلیت مشاهده نمونه تجاری متشکل از کریستالیت های TiO₂ عادی، در محدوده میکرواندازه، بدون هیچگونه ذرات ابر ظریف، حاصل شد [۱۹].

مقایسه بین ویژگی های ترکیب ریز ـ TiO₂ و ریز ـ TiO₂+SiO₂ پس از انجام فرایند کلسینه سازی در دمای ۶۸۰ درجه سلسیوس در جدول ۱ ارائه شده است.

در هر دوی نمونه ها اندازه گیری XPS مشخص کننده وجود صرفTi(IV)  و Ti/Si تا نسبت ۱۵/۰ برای ترکیب ریز ـ TiO₂+SiO₂ می باشد.

۳ـ۲٫ خواص فیزیکی کاشی ها

ویژگی اصلی کاشی های فوتوفعال جدید حفظ خواص کاشی های اصلی نظیر عدم وجود تخلخل، سختی و  دوام  می باشد. به همین دلیل، کلیه این  ویژگی ها به دقت  کنترل  می شوند.

عدم وجود تخلخل نیز با استفاده از جذب آب اندازه گیری می شود. میزان جذب آب به عنوان یک نوع مؤلفه در ارتباط با اندازه گیری میزان جذب رطوبت به وسیله انواع خاص هر کدام از کاشی های چینی یا پرسیلین به حساب می آید. برخی از انواع کاشی ها در صورتی که نفوذ رطوبت زیاد باشد ممکن است دچار ترک خوردگی شوند. در مورد ما، مقدار تخلخل کمتر از ۵/۰% برای هر دوی نمونه های WGA و WG حاصل شده است که به ما اجازه رده بندی هر دو دسته کاشی ها به عنوان موارد غیر قابل نفوذ (کاملاً متراکم) و رده بندی آنها به عنوان کاشی های پرسیلین را خواهد داد.

سختی کاشی ها به وسیله برآورد مقاومت در برابر سائیدگی مورد بررسی قرار می گیرد که شامل گردش یک بار پودری سایشی تعریف شده بر روی سطح یک نمونه کاشی برای تعداد مشخصی از دورهای مورد آزمایش در نظر بوده، و بر این مبنا قابلیت مشخص سازی کاشی با توجه به یک کلاس PEI مقاومت در برابر ساییدگی و بر مبنای بررسی دیداری نمونه های آزمایشی ساییده شده تحت شرایط تعریف شده مناسب مشاهداتی، در توافق با توصیه های CEC (Federation Europenne des Fabricants de Carreaux Ceramiques) وجود دارد [۱۵]. در این مورد، هر دو WG و WGA به عنوان PEI IV دسته بندی شده اند که به معنای آن می باشد که آنها برای استفاده در آن دسته از بخش ها یا ناحیه هایی مناسب هستند که  با  ترافیک  قابل توجهی  و همچنین آلایندگی های  سایشی  روبرو  می باشند.

۳ـ۳٫ آزمایش فوتوکاتالیستی

تجزیه آبی متیلن در آب برای زمان واکنش سه ساعتی مورد بررسی قرار گرفت. رنگ زدایی محلول با چشم غیر مسلح نیز مشهود می باشد و مقدار تبدیل نهایی ۵/۲۲% برای WGA، در مقایسه با یک مقدار ۸/۱% حاصل آمده به وسیله کاشی غیر فوتوکاتالیستی WG، محاسبه شد.

در فاز گاز (هوا) یک نتیجه معتدل در ارتباط با تجزیه NO_x  (NO_x به عنوان عبارت کلی برای مونو ـ نیتروژن اکسید NO و NO₂) با استفاده از واکنشگر پیوسته برحسب ویژگی های استاندارد ISO 1-22197 حاصل شده است. به واسطه عدم وجود تخلخل در کاشی های تست شده (ذکر شده فوق) همراه با سرعت گاز (زمان تماس ۴/۰ ثانیه)، جذب مولکول های آلاینده در سطح نمونه رخ نمی دهد، بنابراین از فرایند فوتوکاتالیستی ممانعت می گردد. با توجه به آنکه زمان تماسی به عنوان زمان مشخص شده برحسب واکنش دهنده ها با توجه به تماس با مناطق فعال کاتالیزوری به شمار می آید، یک زمان تماس بسیار کوتاه نیازمند سطح کاملاً فعال می باشد، که عمدتاً قابلیت جذب سریع واکنشگر قبل از عمل به عنوان یک کاتالیزور را خواهد داشت. در این مورد، سطح شیشه ای اجازه جذب سریع مکفی مولکول آلاینده را نداده و بنابراین نوعی عدم کارایی در ارتباط با فرایند فوتوکاتالیستی متعاقب رخ خواهد داد. این نتیجه مشخص کننده عدم کارایی راهکارISO  ۱-۲۲۱۹۷ استاندارد به منظور آزمایش کارایی فوتوکاتالیستی بر روی مواد شیشه ای و غیر متخلخل می باشد [۲۳].

میکرو- TiO2 ماده اولیه کاشی های جدید فوتوکاتالیستی

۴- نتیجه گیری

در مقاله جاری فعالیت فوتوکاتالیستی کاشی های شیشه ای مورد بررسی قرار می گیرد. جهت اجتناب از نقص های محتمل بعدی به واسطه اندازه نانومتری پودر فعال فوتوکاتالیستی، این نمونه ها با استفاده از یک TiO₂ ریز اندازه تجاری مهیا شدند.

کاشی نهایی در بردارنده ویژگی های مورد نظر کلاسیک برای یک کاشی (شامل سختی، عدم وجود تخلخل، سطح شیشه ای، دوام) با عملکرد مناسب به عنوان ماده فوتوکاتالیستی، چه در آب و چه در هوا، می باشد. کاشی های White Ground Active (WGA) نشان دهنده عملکرد فوتوکاتالیستی مناسبی مخصوصاً در محدوده های آلاینده مشخص شده برحسب دستورالعمل Directive 2008/50/EC پارلمان اروپا و شورای کیفیت هوای محیطی و هوای پاکتر برای اروپا می باشد (غلظت NO₂ کمتر از µg/m₃ 200، متناظر با ppb 43/106).

یک مبحث نهایی که در ارتباط با عدم کفایت مشخصه های ISO 1-22197 به عنوان یک آزمون استاندارد مواد شیشه ای و غیر متخلخل نیز مد نظر می باشد. در حقیقت به واسطه عدم وجود منافذ و حالت تخلخل برای کاشی های تست شده با سرعت گاز (زمان تماس s 4/0)، قابلیت جذب مولکول های آلاینده در سطح نمونه وجود نداشته و بنابراین امکان اعمال فرایند فوتوکاتالیستی نیز میسر نمی باشد.