Öppna kanaler som bär vatten kan göras med en ny cementformulering som kommer att rena vattnet genom solexponering när det rinner mot sin destination. Kredit:U.S. Geological Survey Department of the Interior/USGS
Forskare har hittat den rätta formeln för att blanda en cement som fungerar dubbelt som ett strukturellt material och en passiv fotokatalytisk vattenrenare med ett inbyggt påfyllningsmedel:slipa helt enkelt ner materialets yta för att fräscha upp den fotokatalytiska kvaliteten.
De hittade detta recept med några mycket exakta fysiska laboratorieexperiment vars data sedan förstärktes kraftigt med en beräkningsmetod som kallas kombinatorik som testade tusentals kombinationer av cementkompositer och deras fotokatalytiska egenskaper.
Resultaten, säger forskarna från C-Crete Technologies och Rice University, indikerar att ingredienserna i sig är viktigare än cementens molekylära struktur eller partikelstorleken på den använda fotokatalysatorn. Denna forskning erbjuder inte bara ett viktigt fynd för cement - som behovet av att göra betong och dess primära ingrediens, cement, mer miljövänligt är ett mål för mycket pågående forskning – men metodiken lovar att utveckla andra miljövänliga, multifunktionella material.
Fynden kan appliceras i cement som används på "vägar, bayous, kanaler, parkeringsplatser, överallt där vatten som sköljer över betongens yta utsätts för sol, " säger Rouzbeh Shahsavari, VD för C-Crete Technologies, huvudförfattare till tidningen som publicerades online den 27 april i tidskriften Langmuir . "Eftersom experiment vanligtvis är dyra, svårt och tidskrävande, den spännande delen av detta arbete är att vi nu kan analysera begränsade experimentella resultat med vårt nya kombinatoriska tillvägagångssätt och fortfarande få meningsfulla insikter och korrelationer som konventionellt skulle ha uppnåtts genom hundratals eller tusentals experiment. "
Fotokatalytiskt cement med n-TiO2 för vattenbehandling. Optimerat Belite- och ferritinnehåll i cement förbättrar fotokatalytisk effektivitet. Kredit:Pamela Zuniga Fallas och Dr Pedro Alvarez från Rice University och Dr Rouzbeh Shahsavari från C-Crete Technologies
"Brett, denna metod kan tillämpas på inte bara cement eller vattenreningsapplikationer utan även andra områden inom materialfynd som står inför begränsade och glesa experimentella data. Vi har utvecklat en plattformsteknologi som hjälper utvecklingsteam att minska kostnaderna för sin FoU och komma med helt nya material med oöverträffade och multifunktionella egenskaper." säger Shahsavari.
Forskarna använde fem typer av lättillgänglig cement, nio typer av fotokatalysatorn titandioxid och två vanliga föroreningar - metylorange, ett cancerframkallande ämne, och dioxan, en möjlig cancerframkallande förening - som båda vanligen finns i dricksvatten. Av de fem cementen, Vit Portland Cement, två typer av vulkanisk aska-baserade portlandcement, och ett kommersiellt tillgängligt fotoaktivt cement visade sig alla ha den påfyllningsbara fotokatalytiska kvaliteten. Den vanligaste cementen, vanlig Portland Cement, gjorde inte.
"I grund och botten, tweaking cementkomposition inklusive dess belit och ferrit kommer att gå långt för fotokatalys medan de mekaniska egenskaperna förblir väsentligen oförändrade. " säger Shahsavari.
