Графеновый композит снижает загрязнение атмосферы

Загрязнение атмосферы является растущей проблемой, особенно в городских районах развивающихся стран. По данным Всемирной организации здравоохранения, одна из каждых девяти смертей может быть связана с болезнями, вызванными загрязнением воздуха.

Исследовательский консорциум Graphene Flagship: Болонский университет, Политехнический университет Милана, CNR, NEST, Italcementi HeidelbergCement Group, Технологический институт Израиля, Технологический университет Эйндховена и Кембриджский университет, разработал фотокатализатор на основе графена-титана, который разлагает на 70% больше оксиды азота в атмосфере (NO_x ), чем стандартные наночастицы диоксида титана в тестах на реальных загрязнителях.

Бетон, который очищает воздух

Органические загрязнители, такие как оксиды азота и летучие соединения, являются основной причиной загрязнения атмосферы, и они в основном выделяются с выхлопными газами и промышленными отходами.

Чтобы решить эту проблему, исследователи постоянно ищут новые способы удаления загрязняющих веществ из атмосферы, и фотокатализаторы, такие как диоксид титана, являются отличным способом сделать это. Когда диоксид титана подвергается воздействию солнечного света, он разлагает оксиды азота, которые очень вредны для здоровья человека, и летучие органические соединения, присутствующие на поверхности, окисляя их в инертные или безвредные продукты.

Команда Graphene Flagship, работающая над фотокаталитическими покрытиями, координируемая Italcementi, HeidelbergCement Group, разработала новый композит на основе графена и диоксида титана, обладающий значительно более мощными свойствами фотодеградации, чем простой диоксид титана. «Мы ответили на призыв Flagship и решили соединить графен с наиболее часто используемым фотокатализатором - диоксидом титана, чтобы усилить фотокаталитическое действие», - комментирует Марко Гойсис, координатор исследований в Italcementi. «Фотокатализ - это один из самых эффективных способов обезопасить окружающую среду, потому что процесс не потребляет фотокатализаторы. Это реакция, активируемая солнечным светом», - продолжает он.

Выполняя жидкофазное расслоение графита, процесс, который создает графен, в присутствии наночастиц диоксида титана, используя только воду и атмосферное давление, они создали новый нанокомпозит графен-диоксид титана, который можно наносить на поверхность материалов для пассивного удаления загрязняющих веществ из воздуха. Если покрытие наносится на бетон на улице или на стены зданий, безвредные продукты фотодеградации могут быть смыты дождем или ветром, или вымыты вручную.

Чтобы измерить эффекты фотодеградации, команда проверила новый фотокатализатор на NO_x и зафиксировала значительное улучшение фотокаталитической деградации оксидов азота по сравнению со стандартным диоксидом титана. Они также использовали родамин B в качестве модели для летучих органических загрязнителей, поскольку его молекулярная структура очень похожа на структуру загрязняющих веществ, выделяемых транспортными средствами, промышленностью и сельским хозяйством. Они обнаружили, что родамин В разлагался в воде под воздействием ультрафиолетового излучения на 40% лучше с помощью композита графен-диоксид титана, чем с обычным диоксидом титана.

«Соединение графена с диоксидом титана дало нам отличный результат в виде порошка - и его можно применять для различных материалов, из которых бетон является хорошим примером для широкого применения, помогая нам достичь более здоровой окружающей среды. Он не требует ухода и экологически безопасен, поскольку просто требует солнечной энергии и никаких других затрат», - говорит Гойсис. Но есть проблемы, которые необходимо решить, прежде чем его можно будет использовать в коммерческих масштабах. Нужны более дешевые методы массового производства графена. Необходимо углублять взаимодействие между катализатором и материалом-носителем, а также изучать долговременную стабильность фотокатализатора в условиях окружающей среды.

Синьлян Фэн (Xinliang Feng) объясняет: «Фотокатализ в цементной матрице, наносимой на здания, может оказать значительное влияние на уменьшение загрязнения воздуха за счет снижения NO_x и обеспечит самоочищение поверхностей - так называемый эффект "поглощения смога». Графен может помочь улучшить фотокаталитическое поведение таких катализаторов, как диоксид титана, и улучшить механические свойства цемента. Участники консорциума Graphene Flagship подготовили композит графен-диоксид титана с помощью одношаговой процедуры, чтобы расширить и усовершенствовать новаторское изобретение - цемент «поглощающий смог». Полученный композит показал повышенную фотокаталитическую активность, разлагая на 40% больше загрязняющих веществ, чем чистая двуокись титана в модельном исследовании, и на 70% больше NO_x  вреальных испытаниях. Кроме того, механизм, лежащий в основе этого изобретения, был кратко изучен с использованием спектроскопии сверхбыстрого переходного поглощения».

Энрико Боргарелло, директор по глобальным инновациям продуктов в Italcementi, входящей в состав HeidelbergCement Group, одного из крупнейших в мире производителей цемента, комментирует: «Интеграция графена в диоксида титана для создания нового нанокомпозита была успешной. Нанокомпозит продемонстрировал значительное улучшение фотокаталитического эффекта. Это очень важный результат, и мы с нетерпением ожидаем внедрения фотокаталитического нанокомпозита для улучшения качества воздуха в ближайшем будущем».

Причины включения графена в бетон на этом не заканчиваются. Italcementi также работает над другим продуктом - электропроводящим графенобетонным композитом, который был представлен на Mobile World Congress в феврале этого года. При включении в пол в качестве слоя он может выделять тепло при прохождении через него электрического тока. Гойсис комментирует: «Вы можете обогревать свою комнату или тротуар, не используя воду из резервуара или котла. Это открывает двери инновациям для умных городов будущего, например, бетонам, которые могут сами в себе обнаружить напряжения или деформации в бетонных конструкциях и контролировать структурные дефекты, давая предупреждающие сигналы, если структурная целостность близка к разрушению».

Андреа С. Феррари, директор по науке и технологиям Graphene Flagship и председатель его группы управления, добавляет: «В настоящее время все большее число компаний являются партнерами или ассоциированными членами Graphene Flagship, поскольку они осознают потенциал новых технологии. В этой работе Italcementi, лидер в Италии в области строительных материалов, продемонстрировал четкое применение графена для деградации загрязнителей окружающей среды. Это может принести не только коммерческую выгоду, но, что самое важное, пользу обществу, благодаря более чистой и здоровой среде». опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet