Наноструктурированные фотокатализаторы на основе диоксида титана для самоочищающихся бетонов. Оценка влияния фазового состава на фотокаталитическую активность TiO2

Введение. В настоящее время перспективным направлением строительного материаловедения является разработка фотокаталитически активных цементных материалов, обладающих способностью к самоочищению. Получение самоочищающихся бетонов достигается за счет использования фотокаталитических добавок, среди которых наибольшее распространение получил диоксид титана. Известно, что функциональные свойства TiO2 в значительной степени зависят от его фазового состава. Цель данного исследования – установить закономерности влияния фазового состава на фотокаталитическую активность диоксида титана в условиях воздействия искусственного ультрафиолетового и естественного солнечного излучений с выявлением наиболее эффективных титаноксидных фотокатализаторов для последующего применения в рецептуре самоочищающихся бетонов. Методы и материалы. Объектами исследования являлись четыре образца диоксида титана: два промышленных и два синтезированных путем гидролиза алкоксида титана в подкисленной водно-спиртовой среде с последующим прокаливанием при температуре 500 °С. Исследование параметров структуры образцов TiO2 выполнялось методом рентгеновской порошковой дифрактометрии. Фотокаталитическая активность образцов диоксида титана была изучена в модельной реакции окислительной деструкции метиленового синего при воздействии УФи дневного света. Результаты и обсуждение. Установлено, что полиморфные модификации диоксида титана оказывают разнонаправленное влияние на его функциональные характеристики: увеличение содержания анатаза и рутила приводит соответственно к повышению и снижению фотоактивности образцов TiO2. При УФ-облучении наибольшую эффективность показал однофазный образец с анатазной структурой, а в условиях воздействия дневного света – трехфазный образец с соотношением анатаз : брукит : рутил = 67% : 13% : 20%. Наличие в составе фотокатализатора нескольких полиморфов TiO2 с преобладанием анатазной формы (более 50%) позволяет достичь синергетического эффекта повышения фотокаталитической активности диоксида титана в условиях воздействия солнечного излучения благодаря формированию полупроводниковых гетероструктур (гетеропереходов) II типа, способствующих улучшению сепарации и снижению скорости рекомбинации фотогенерированных электронно-дырочных пар. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о возможности улучшения функциональных характеристик титаноксидных добавок для самоочищающихся бетонов за счет направленного регулирования их фазового состава, что может быть достигнуто посредством оптимизации параметров синтеза фотокаталитических модификаторов.