Environmental performance of photocatalytic materials for energy save

Η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων στην κατασκευαστική βιομηχανία αποτελεί ένα ακόμη βήμα προς την κατεύθυνση των πράσινων και βιώσιμων έξυπνων κτιρίων. Αυτές οι εφαρμογές μπορούν να βρεθούν σε μήτρες κτιρίων, επιστρώσεις ή σε μονωτικές εφαρμογές. Τα νανοσωματίδια του διοξειδίου του τιτανίου (TiO2), ο ψευδάργυρος (ZnO) και άλλα οξείδια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φωτοκαταλυτικά προϊόντα, αντιβακτηριακά, αυτοκαθαριζόμενα και απωθητικά για το νερό ή τα μικρόβια. Στην περίπτωση της φωτοκατάλυσης, αυτά τα νανοσωματίδια έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την ποιότητα του εσωτερικού αέρα και την ποιότητα του αστικού αέρα μέσω της χρήσης τους μέσα σε δομικά υλικά. Τα δύο προαναφερθέντα νανοϋλικά, δηλαδή το TiO2 και το ZnO, μελετώνται σε αυτή τη διδακτορική διατριβή. Διαφορετικές παράμετροι σύνθεσης όπως η θερμοκρασία, η ισχύς, το doping, η αύξηση των κενών θέσεων οξυγόνου μέσω έκθεσης στην αμμωνία, διερευνώνται για το ρόλο τους στη φωτοκαταλυτική τους αποτελεσματικότητα. Έχει αποδειχθεί ότι η υψηλότερη θερμοκρασία και ισχύς κατά την διαδικασία της σύνθεσης τους, οδηγεί σε υψηλότερη κρυσταλλικότητα, ενεργός επιφάνεια και πορώδες, οδηγώντας έτσι σε υψηλότερη φωτοκαταλυτική δράση. Επομένως, ένα νανοϋλικό με υψηλότερη επιφάνεια είναι φιλικό προς το περιβάλλον καθώς μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας ή της ισχύος μπορεί να ενισχύσει τη δραστηριότητά του ως φωτοκαταλύτη. Συγκεκριμένα, η αύξηση της θερμοκρασίας έχει θετική επίδραση στο περιβαλλοντικό αποτύπωμα των νανοσωματιδίων ZnO, με 150 oC και 220 oC να έχουν συνολικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα ~ 10% και ~ 41% χαμηλότερο από αυτό των 90 oC. Επίσης, η αυξημένη ισχύς έχει μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Συγκεκριμένα το συνολικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα των 310 W και 710 W είναι ~ 18% και ~ 27% χαμηλότερο από αυτό των 110 W.Το doping (πρόσμιξη) οδήγησε επίσης σε υψηλότερα φωτοκαταλυτικά αποτελέσματα. Η πρόσμιξη του ZnO με κοβάλτιο έδειξε 10% μείωση της ακεταλδεΰδης, κάτω από ορατό φως. Τα νανοσωματίδια TiO2 που είχαν υποστεί πρόσμιξη με ίνδιο ή αλουμίνιο έδειξαν καλή φωτοκαταλυτική απόκριση (90% και 60%) υπό ακτινοβολία UV. Ενώ η πρόσμιξη τιτανίας με κοβάλτιο έδειξε 30% αποχρωματισμό του ρύπου υπό ορατή ακτινοβολία. Μελετήθηκε έπειτα η πρόσμιξη νανοσωματιδίων σε μήτρες δομικών υλικών, ασβεστοκονίας, τσιμεντοχρώματος και τσιμεντοκονίας. Παρατηρήθηκε ότι τα νανοσωματίδια TiO2 με προσμίξεις Mn μέσα σε ασβεστοκονία έδειξαν φωτοκαταλυτική δράση 12% στην αποδόμηση φορμαλδεΰδης υπό υπεριώδη ακτινοβολία. Επιπλέον, το τσιμεντόχρωμα και η τσιμεντοκονία, φαίνεται να έχουν πολύ μεγάλη προσρόφηση ρύπων που φτάνει μέχρι και ~60% μείωση του ρύπου. Οργανικές ενώσεις που βρέθηκαν στο οικοδομικό υλικό της ασβεστοκονίας φαίνεται να μείωσαν δραματικά την απόδοση του εμπορικού φωτοκαταλυτικού νανοϋλικού, Degussa- Ρ25 εντός αυτής της μήτρας. Συνεπώς, στον κατασκευαστικό κλάδο, η επιλογή της μήτρας που θα ενσωματώνει το φωτοκαταλυτικό νανοϋλικό είναι ένα κρίσιμο βήμα που χρειάζεται ενδελεχή μελέτη για τα πιθανά παραπροϊόντα που μπορεί να δημιουργηθούν.