水泥路面负载纳米 催化净化 技术研究

王政军++李星++陈萌

摘要：汽车尾气排放的氮氧化物（NOx）是大气污染物中的主要物之一，随机动车保有量的日渐增长，如何高效、彻底地净化机动车尾气亟待解决。本文基于纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料的物理化学特性、催化反应机理提出了一种道路负载纳米TiO2催化净化汽车尾气排放NOx新技术，并主要介绍负载纳米TiO2水泥路面的制备工艺和方法，并就各种方法的实际应用进行了论证。事实证明，水泥路面负载纳米材料催化净化汽车排放氮氧化物具有较好效果，其应用前景较为广阔。

关键词：纳米TiO2；净化技术；NOx；机动车排放

中图分类号：K477文献标识码：A

1.引言

汽车尾气中的氮氧化物是空气中的主要污染物之一，严重影响空气质量，并且会对人类健康构成极大的危害。针对于此，世界各国早已对汽车尾气进行了多方面研究。目前研究表明，固体表面负载光催化剂可净化汽车尾气污染，是一种有效途径。显然，尾气从排气管排出后首先触及的固体表面是路面，而后是公路两侧的建筑物和交通设施。因此将纳米TiO2负载到路面进而净化NOx，将会取得明显环境保护效果。

2.路面光催化材料净化氮氧化物的原理

纳米TiO2光催化技术，就是在光照条件下产生类似于光合作用的光催化反应（氧化还原反应，产生的羟基自由基和超氧离子自由基具有极强的氧化性），并且把有机物分解成无污染的H2O和CO2。其反应的基本原理如公式1-6所示：

+ → +

依据以上光催化原理可知，路面光催化材料净化氮氧化物的原理为：

3. 路面光催化材料净化应用及其效果

我国道路路面材料主要有两种：水泥混凝土路面材料和沥青混凝土路面材料。实验数据证明，水泥混凝土路面负载纳米TiO2后催化降解NOx效果非常明显，而负载纳米TiO2后的沥青混凝土路面净化NOx的效果则稍差。目前，将纳米TiO2负载到水泥混凝土路面上的工艺主要有三种，如下表1所示：

表1 水泥混凝土路面负载纳米TiO2的方法

种类 水泥混凝土路面负载纳米TiO2的方法

1. 将一定量的纳米TiO2添加到水泥中，使其具有催化降解效能，然后制成水泥混凝土

2. 水泥混凝土材料的道路具有多孔特性，可将纳米TiO2材料分层渗入到道路基体中

3. 将纳米TiO2薄膜包覆于水泥混凝土部分集料表面，使该集料暴露于路面

东南大学绿色建材技术研究所曾将纳米TiO2催化净化技术应用于南京长江三桥，将纳米TiO2喷涂负载到路面后，对NOx进行实际催化氧化。实验数据表明，纳米TiO2对汽车排放尾气中NOx有效降解效率高达80%。东北林业大学交通学院关强等曾在京加公路做过纳米TiO2催化净化汽车排放尾气中NOx的实地测试利用喷涂法将纳米TiO2渗入路面。通过空气采样器采集的动态空气样本数据显示，纳米TiO2材料的喷涂区NOx的浓度要明显低于未喷涂区。

日本是最早发现TiO2催化反应的国家，其路面负载纳米TiO2催化净化的技术也较为成熟。日本千叶县曾将纳米TiO2光催化剂添加到路面材料中，修建成一条具有催化净化功能高速公路。据东京环境卫生局的调查显示，在少量阳光和雨水条件下，该路面可以吸收汽车排放尾气中25%的NOx。在意大利的米兰市，也曾应用过与之类似的沥青混凝土公路。数据显示，其废气污染指数可降低60%以上。

以此可以看出，将纳米TiO2催化净化应用于实际并且考虑温度、湿度、风力等自然因素的影响后，纳米TiO2对NOx仍有明显的催化净化效果，有力地论证了路面负载纳米TiO2催化净化技术的实际可行性。

4.路面负载纳米NOx的不足及展望

路面负载纳米TiO2的不足之处主要有三点：一是催化反应生成的H2SO4、HNO3等对路面材料具有腐蚀作用；二是纳米TiO2的附着效果不理想，纳米的附着受雨水等环境因素影响较大；三是负载于沥青路面净化效果欠佳，有待改进。上述局限使得路面负载纳米TiO2暂不能大规模应用于工程实际，若上述问题得到良好的解决，必将带来巨大的社会效益。

5.结束语

路面负载纳米TiO2催化净化技术作为一种新兴环保技术，对汽车排放尾气中具有NOx明显的净化效果，在具体应用中其具有成本低廉、高效催化、效果稳定等特点，其必将在未来的净化机动车尾气排放NOx的领域中拥有广阔的前景。

参考文献

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