هرهفته شنبه ها - سال سیزدهم

پرتیراژترین نشریه صنعت ساختمان

نشریه شماره   184   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

کاربرد فتوکاتالیست ها در ساختمان

متین سائسی1- حسین سرپولکی2

مقدمه

سیمانهای فتوکاتالیستی، سیمانهایی هستند که در ترکیب آنها یک ماده فتوکاتالیست مانند تیتانیا وجود داشته باشد و از خود رفتارهای فتوکاتالیستی، مانند خاصیت خود تمیز شوندگی و ضد آلودگی و نیز جذب و تجزیه اکسیدهای مضر نیتروژن را بروز دهد. استفاده از این سیمانها به حدود سالهای 1995 و 1996 باز میگردد. جایی که محققان پس از مشاهده موفقیت پوشش تیتانیایی بر روی شیشههای لامپهای تونل، تصمیم گرفتند تیتانیا را به عنوان پوشش در سازههای بتنی و سیمانی و نمای ساختمانها که در معرض آلودگی هوا و دوده، سیاه و کثیف میشد، به کار گیرند به این امید که مانند پوشش شیشههای چراغهای تونل، از خود خاصیت ضد باکتری را نشان دهد چرا که نمای ساختمانها و سازهها در معرض نور خورشید و شدت نور ماورای بنفش در فضای باز بود. به همین دلیل در همین سالها در ژاپن و اروپا تحقیقات و بررسیهایی بر روی سیمانهایی حاوی تیتانیا برای نماهای ساختمانها و جلوگیری از کثیف شدن و دودهای شدن آنها انجام گرفت. برای بررسی بهتر و دقیق تر ابتدا لازم است به بررسی جزیی تر خاصیت فتوکاتالیستی بپردازیم.

کلمه فتوکاتالیست که شامل دو واژه فتو  به معنای نور و کاتالیست به معنای تسریعکننده و فعال ساز میباشد، معرف خاصیتی از یک ماده است که در آن ، هنگامی که ماده در معرض نور قرار میگیرد، شروع به فعالیت نموده و نور و فوتونهای برخوردی در آن ایجاد حاملهای انرژی مانند الکترون و یا حفره کرده و لذا باعث فعالیت آن میشود. این حاملهای تولید شده در یک واکنش شیمیایی نقش ایفا نموده و باعث تسریع انجام یک واکنش شیمیایی میشوند یعنی الکترونها و حفرهها میتوانند با مولکولهای موجود در سطح ذرات واکنش دهند درحالیکه خود دستنخورده باقی میمانند. فتوكاتالیستها مستقیماً در واكنشهای اكسایش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرایط مورد نیاز برای انجام واكنشها را فراهم میكنند.

بررسی تاریخچه پیدایش

شناخت این پدیده به اوایل قرن بیستم باز میگردد. جایی که در سال 1938 گزارشی درباره ماده تیتانیا منتشر شد که در آن به خاصیت رنگزدایی و سفیدکنندگی تیتانیا در محیط خلأ و همچنین محیط حاوی اکسیژن اشاره شده بود. همچنین در آن گزارش آمده بود زمانی که تیتانیا در معرض نور قرار میگیرد، در سطح آن اکسیژن فعال تولیدشده و این اکسیژنهای فعال رنگ روی سطح ماده را از بین میبرند درحالیکه خود ماده تیتانیا در این فرآیند دستنخورده باقی میماند. این خاصیت را در آن زمان" فتوسنسیتایزر" یا حساس به نور نامیدند. به طور کلی خواص عمومی مواد فتوکاتالیستی را میتوان به صورت زیر بیان نمود:

الف) خاصیت خود تمیز شوندگی و ضد آلودگی

به این معنی که یک ماده فتوکاتالیست در فضای آزاد و معرض نور و با بارش باران و برف، هیچگونه آلودگی مانند دوده یا خاک نخواهد داشت. این خاصیت، خود تمیز شوندگی نام دارد.

ب) خاصیت ضد بخار

خاصیت دیگر این مواد، ضد بخار بودن است. بخار زمانی بر روی یک سطح مینشیند که بخار یک ماده روی سطح سرد و متراکم شود و به شکل قطره در آید. بر روی یک سطح آب دوست، هیچ قطرهای شکل نمیگیرد و به جای آن، یک فیلم نازک پیوسته از مایع، تشکیل میشود. این فیلم نازک از تشکیل بخارهای سطحی جلوگیری مینماید. زمانی که سطح آب دوست باشد، به مدت چند روز تا یک هفته خاصیت خود را حفظ میکند لذا میتوان به راحتی از این خاصیت استفاده کرد و شیشهها و آینههایی با این خاصیت ساخت. در ژاپن از این خاصیت برای تجهیز آینههای کناری خودروهای تولیدشده ژاپنی، استفاده گردید.

ج)خاصیت تصفیه آلایندههای هوا به خصوص اکسیدهای نیتروژن یا “NOX

مواد فتوکاتالیستی در حضور نور و بارش، اکسیدهای نیتروژن را تجزیه میکنند. این خاصیت بسیار مهم است چرا که اکسیدهای نیتروژن بسیار مضرند.

سیمانها و بتنهای فتوکاتالیستی

 پس از مشاهده موفقیت پوشش تیتانیایی بر روی شیشههای لامپهای تونل، محققان تصمیم گرفتند تیتانیا را به عنوان پوشش در سازههای بتنی و سیمانی و نمای ساختمانها که در معرض آلودگی هوا و دوده، سیاه و کثیف میشد، به کار گیرند به این امید که مانند پوشش شیشههای چراغهای تونل، از خود خاصیت ضد باکتری را نشان دهد چرا که نمای ساختمانها و سازهها در معرض نور خورشید و شدت نور ماورای بنفش در فضای باز بود. به همین دلیل در همین سالها در ژاپن و اروپا تحقیقات و بررسیها به سمت سیمانهایی حاوی تیتانیا برای نماهای ساختمانها و جلوگیری از کثیف شدن و دودهای شدن آنها رفت.

در سال 2005، استفاده از سیمانها و بتنهای فتوکاتالیستی و تولید آنها به شدت گسترش یافت. به طوری که در سراسر دنیا و به خصوص ژاپن و اروپا از سیمانها و بتنهای فتوکاتالیستی در ساخت ساختمانها، جادهها، پیادهروها و غیره استفاده شد.

امروزه، تحقیق و کار بر روی سیمانها و بتنهای فتوکاتالیستی همچنان ادامه دارد. بیشتر بررسیها در جهت رسیدن به سیمانها و بتنهای فتوکاتالیستی با طول عمر بالاتر و بازدهی بیشتر و عملکرد بهتر است. در این راستا، استفاده از ذرات نانو تیتانیا و تلاش برای تولید پوششهایی پربازده و موثر از نانو تیتانیا، بسیار متداول میباشد. برای نمونه میتوان تحقیق موسسه تحقیقات ساختمانی یونیداد در اسپانیا را در سال 2012 نام برد که محققان در این تحقیق به بررسی فعالیت فتوکاتالیستی تیتانیا در سیمانها و بتنها و ملاتهای مختلف پرداختهاند. آنان نمونههایی از سیمانهای حاوی 3 و 5% تیتانیا (پخششده در مخلوط اولیه) را بررسی و بیان نمودهاند که استفاده از 5% تیتانیا با ذراتی دارای قطر متوسط 10 تا 20 نانومتر و سطح ویژه 80 مترمربع برای هر گرم، تا 77% اکسیدهای نیتروژن را تجزیه مینماید همچنین در برابر آزمایش تخریب رنگ، 100% رنگ را از بین میبرد.

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سرامیک، دانشکده مواد دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشیار گروه سرامیک، دانشکده مواد دانشگاه علم و صنعت ایران