بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه تمیز کردن سطح مصالح ساختمانی به ویژه در مناطق شهری، مشکلات زیادی را به وجود آورده است. از این رو استفاده از مصالح ساختمانی با قابلیت خود تمیز کنندگی مورد توجه خاصی قرار گرفته است. استفاده از کاتالیزگر نوری دی اکسید تیتانیم - - TiO2 می تواند باعث خودتمیز کنندگی شود و به خاطر پایداری شیمیایی، غیر سمی و ارزان بودن، مورد توجه بیشتری در صنعت ساختمان واقع شده است.
در این مقاله، ساز وکار پدیده ی خود تمیز کنندگی در مصالح با پوشش دی اکسید تیتانیم و بر اساس ساختار اتمی آن بیان می شود. همچنین تفاوت بین شیشه های معمولی و خود پاک کننده بررسی می شود و با توجه به نحوه تشکیل کریستال های نمک بر روی سطح شیشه ، راهکار های درمانی برای حذف نمک ارائه می شود . در نهایت عملکرد خوب شیشه های خود تمیز کننده به خصوص در محیط های خشک،سبب کاهش هزینه های تمیز کاری ، تعمیر و نگهداری می شود . با توجه به خصوصیات درمانی آبی که یون زدایی شده است و سازگاری آن با محیط زیست ، از این آب برای از بین بردن نمک بر روی سطح شیشه استفاده می شود .
-1مقدمه :
در مناطق شهری ، ترافیک سنگین خودرو ها منجر به تولید گاز و ذرات آلاینده می شوند .این ذرات آلاینده تاثیر بسیار زیادی بر روی بناهای تاریخی و یا خانه های مدرن دارند و باعث کثیف شدن سطح مصالح می شوند - . - Chabas, A.,2010:3507 از این رو تمیز کردن سطح مصالح ساختمانی در شهر ها مشکلات فراوانی از جمله مصرف بیش از اندازه انرژی و مواد شوینده را به همراه دارد.به همین جهت امروزه مصالح خود تمیز کننده روایج یافته است - . - Roland Benedix,2000:157
استفاده از سطوح آبگریز و سطوح آبدوست دو روشی است که در ساخت مصالح خود تمیز کننده به کار می رود.خودتمیزکنندگی درسطوح آبدوست بااثرکاتالیزنوری شناخته می شود . برای این کار از فیلم های نازک فعال بر روی سطح ماده استفاده می شود . امروزه مصالح خودتمیزکننده با پوشش کاتالیزگرنوری کاربرد بیشتری دارند - WingSze Tung,2011:7859 - . با استفاده از فناوری نانو، فیلم های نازک فعالکه به صورت پوششی از کاتالیزگر نوری بر روی سطح مصالح قرار می گیرد، بستر لازم برای انجام واکنش شیمیایی را فراهم کرده است.
برای تهیه این فیلم ها از اکسید یا سولفید فلزهای فعال استفاده می شود. در میان اکسید فلزهای مختلف، دی اکسید تیتانیم - TiO2 - مورد توجه خاصی قرار گرفته است. دی اکسید تیتانیم یک ماده نیمه رسانا است که به طور شیمیایی با تابش نور فعال میشود. اگر تابش نور متوقف شود ، خاصیت فوق آب دوستی سطح دی اکسید تیتانیم برای مدت 2 روز باقی می ماند .از این رو امروزه مصالح با قابلیت خود تمیز کنندگی به عنوان راه حلی مناسب مورد توجه زیادی واقع شده است - . - Roland Benedix,2000:159
-2سازوکارکاتالیزگر نوری:
یک سیستم کاتالیزور نوری ناهمگن، از ذرات نیمه رسانا - کاتالیزور نوری - تشکیل می شود که در تماس با محیط واکنش -که به صورت مایع یا گاز است- قرار دارد. هنگامی که کاتالیز نوری به وسیله ی نور بر انگیخته می شود ، واکنش های اکسیاش-کاهش و انتقال مولکولی شروع می شوند که این واکنش ها موجب خود تمیز کنندگی می شوند . در شکل - 1 - طرحی ساده از واکنش کاتالیز نوری نشان داده شده است. با توجه به ساختار الکترونی نیمه رساناها ، لایه ی بالانس پر و نوار رسانای خالی مشخص است .
ترکیباتی مانند سولفید یا اکسید فلزات روی ، تیتانیم، کادمیم و آهن ، حساسیت واکنش های اکسایش-کاهش را نسبت به نور افزایش می دهد. اختلاف انرژی بین پایین ترین سطح انرژی در نوار رسانایی و بیشترین سطح انرژی در نوار ظرفیت، گاف انرژی گویند . هنگامی که انرژی یک فوتون از سطح انرژی موجود در گاف انرژی بیشتر شود، یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانایی منتقل می شود و یک حفره ی h+را به وجود می آورد. در مواد رسانای الکتریکی مثل فلزات ، حفره ها به عنوان حاملان بار به سرعت به هم می پیوندند.
در نیمه رسانا ها بخشی از الکترون-حفره ها توسط تابش نور برانگیخته شده و الکترون - حفره ها بر روی سطح به دام می افتند . همان طور که در واکنش - 1 - مشاهده می شود ؛ حفره ها با مولکول های دهنده الکترون - آلاینده ها - وارد واکنش شده و آن ها را اکسید می کنند . با توجه به واکنش - 2 - الکترون های نوار رسانش تعداد مولکول های پذیرنده ی الکترون را کاهش می دهند. یکی از ویژگی های اکسید فلزهای نیمه رسانا، قدرت اکسایش بالای حفره های آن هاست . آن ها می توانند در اکسایش یک الکترونی در یک مرحله با آب واکنش دهند و یک رادیکال هیدروکسیل تشکیل دهند که در واکنش - 3 - نمایان است . حفره ها و رادیکال های هیدروکسیل اکسنده های بسیار قوی هستند و می توانند بسیاری از آلودگی های آلی را اکسید کنند - . - Roland Benedix,2000:159
