En undersökning av fotokatalytisk betong baserad på titandioxid för bättre luftkvalité i luftförorenade städer

Abstract (Swedish)

Hälsofarliga organiska och oorganiska ämnen blir allt vanligare förekommande i stora städer och på vissa platser i världen har luften varit så förorenad att det inte gått att vistas utomhus på grund av hälsorisken. Utsläpp av oorganiska ämnen som kvävemonoxid och kvävedioxid (NO och NO2) leder i städer med stora luftföroreningsutsläpp, i vissa fall, till lokal bildning av marknära ozon. Marknära ozon kan reagera vidare och bilda fotokemisk smog. I storstäder som Los Angeles och i México City utgör detta stora miljöproblem. Den fotokemiska smogen som bildas uppträder i luften som en gulbrunaktig dimma och är giftig, särskilt känsliga för detta är äldre personer.
En luftförorening som NO kan reduceras med hjälp av en betong som är försedd med en speciell sorts titandioxid (TiO2) ett kemiskt ämne som visat sig ha fotokatalytiska egenskaper. Solljus aktiverar titandioxiden som i sin tur, utan att förbrukas, reagerar med fukt och syre i luften och bildar reaktiva syregrupper som ”angriper” NO-molekyler. När NO reduceras bildas nya kemiska föreningar, exempelvis salter (nitrater) som inte är miljöfarliga.
Det här är ett projekt i ett nära samarbete mellan Cementa AB och avdelningen för Byggnadsmaterial vid Lunds Tekniska Högskola. Syftet med projektet har varit att med hjälp av två olika titandioxidbaserade tillsatsmaterial, TiOmix – N och – S (som säljs av Cementa) och två ordinära tillsatsmaterial, slagg och flygaska, undersöka den fotokatalytiska effekten, uppskattad som den procentuella NO reduktionen i förhållande till en ursprungshalt. Totalt undersöktes 16 stycken olika betongprover.
Betongproverna har gjutits med snabb hårdnande Portlandcement och vitt Portlandcement (SH- och Vitcement) i en rad olika kombinationer. Slagg och flygaska har varit av särskilt intresse att undersöka eftersom indikationer finns på att dessa material påverkar den fotokatalytiska effekten samtidigt som materialen mer och mer efterfrågas av betongindustrin. Den fotokatalytiska effekten undersöktes på Cementa Research i Slite, med ett prov åt gången, i en testkammare av rostfritt stål och kvartsglas och med en NO/NOx (gas)analysator.
Trots att en rad olika parametrar påverkar den fotokatalytiska effekten som exempelvis den relativa fuktigheten i luften, så har fokus i det här projektet varit att studera reduktionen av NO under avgränsade förhållanden. Betongproverna har utsatts för UV-ljus med en konstant UV-intensitet och testkammaren har endast försetts med luft och NO. I en stadsmiljö förekommer en rad andra luftföroreningar och en betydligt lägre (och varierande) UV-intensitet.
Resultaten från mätningarna visade på att betong med slagg och flygaska ger en likvärdig NO-reduktion jämfört med betong utan. Att använda en låg mängd TiOmix-N hade en likvärdig NO-reduktion jämfört med att använda en hög mängd TiOmix-N. Den fotokatalytiska effekten var hög beträffande samtliga prover och varierade mellan 73 – 87 % med undantag för ett prov som helt saknat TiOmix, då uteblev NO-reduktionen.
Avslutningsvis bör fler studier baserade på, eller i verkliga stadsmiljöer ingå i fortsatta undersökningar av morgondagens fotokatalytiska betong. Detta för att bättre kunna ta hänsyn till variationer i UV-intensitet, luftens relativa fuktighet samt vindförhållanden, för att nämna några faktorer som påverkar den fotokatalytiska effekten.

• author: Jern, Daniel
• supervisor: Katja Fridh
• organization: Division of Building Materials
• course: VBM820 20142
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• publication/series: Rapport TVBM (5000-serie)
• report number: TVBM-5102
• ISSN: 0348-7911
• other publication id: TVBM-5012
• language: Swedish
• id: 7439769
• date added to LUP: 2015-06-23 09:25:59
• date last changed: 2015-06-23 13:51:23