АннотацияОб авторахСписок литературы
Изучены свойства нанокомпозитов TiO2–SiO2, синтезированных с использованием кремнийсодержащих остатков соляно-кислотного выщелачивания магнезиально-железистых шлаков и раствора сульфата титана, и оценена возможность их использования в составе цементных композитов. Синтезированные нанокомпозиты TiO2–SiO2 характеризуются высокой удельной поверхностью 183–534 м2/г, наличием связи Si–O–Ti в своей структуре, отличаются фазовым составом и содержанием SiO2. Установлено, что все исследуемые образцы проявляют фотокаталитическую активность в реакции разложения метиленового синего (МС), как в ультрафиолетовой (УФ), так и в видимой областях спектра (ВС). Степень разложения МС наночастиц TiO2–SiO2 составила через 180 мин после УФ облучения 86–67%, ВС – 80–59%. Образец с самой высокой удельной поверхностью 534 м2/г проявил фотокаталитическую активность только после ультразвукового диспергирования в присутствии поверхностно-активных (ПАВ). Образец, состоящий из анатаза и аморфного кремнезема, по степени разложения МС превосходит коммерческий катализатор Р25. Показано, что применение TiO2–SiO2 в составе цементной матрицы ускоряет гидратацию и способствует увеличению прочности при сжатии, при этом с ростом удельной поверхности влияние наночастиц TiO2–SiO2 на прочность цементного камня усиливается. Оптимальное содержание добавки в составе цементного теста TiO2–SiO2 с наибольшей удельной поверхностью 534 м2/г составляет 0,05–0,5 мас. %, при этом прочность увеличивается в суточном возрасте на 60–73%, 28-суточном – на 22–28%. Нанокомпозиты TiO2–SiO2 могут быть использованы в качестве добавок в бетонные матрицы для улучшения прочностных свойств и получения самоочищающихся поверхностей.
.В. ТЮКАВКИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Е.А. ЩЕЛОКОВА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
К.А. ПОЖИВИНА, студентка (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.Г. КАСИКОВ, канд. хим. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Е.А. ЩЕЛОКОВА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
К.А. ПОЖИВИНА, студентка (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.Г. КАСИКОВ, канд. хим. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (184209, Мурманская обл., г. Апатиты, Академгородок, 26а)
1. Kaja A.M., Brouwers H.J.H., Yu Q.L. NOx degradation by photocatalytic mortars: The underlying role of the CH and C–S–H carbonation. Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 125. 105805. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105805
2. Jin Q., Saad E.M., Zhang W., Tang Y., Kurtis K. E. Quantification of NOx uptake in plain and TiO2-doped cementitious materials. Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 122, pp. 251–256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.05.010
3. Курбатов В.Л., Дайронас М.В. Экологический эффект от фотокаталитического бетона // Универ-ситетская наука. 2019. № 1. С. 24–27.
3. Kurbatov V.L., Daironas M.V. Ecological effect of photocatalytic concrete. Universitetskaya nauka. 2019. No. 1, pp. 24–27. (In Russian).
4. Лукутцова Н.П., Ефремочкин Н.П., Борсук О.И., Головин С.Н. Фотокаталитически активный самоочищающийся мелкозернистый бетон // Строи-тельные материалы. 2020. № 1–2. С. 8–16. DOI: doi.org/10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15
4. Lukuttsova N.P., Efremochkin N.P., Borsuk O.I., Golovin S.N. Photocatalytic self-cleaning fine-grained concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2020. No. 1–2, pp. 8–15. DOI: doi.org/10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15
5. Li Z., Ding S., Yu X., Han B., Ou J. Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 111, pp. 115–137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.05.019
6. Yang L., Hakki A., Wang F., Macphee D.E. Photocatalyst efficiencies in concrete technology: The effect of photocatalyst placement. Applied Catalysis B: Environmental. 2018. Vol. 222, pp. 200–208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.10.013
7. Korayema A.H., Tourani N., Zakertabrizi M., Sabziparvar A.M., Duan W.H. A review of dispersion of nanoparticles in cementitious matrices: Nanoparticle geometry perspective. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 153, pp. 346–357. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.164
8. Zanfir A.-V., Voicu G., Bădănoiu A.-I., Gogan D., Oprea O., Vasile E. Synthesis and characterization of titania-silica fume composites and their influence on the strength of self-cleaning mortar. Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 140, pp. 157–163. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.032
9. Zhang X.T., Sato O., Taguchi M., Einaga Y., Murakami T., Fujishima A. Self-cleaning particle coating with antireflection properties. Chemistry of Materials. 2005. Vol. 17. No. 3, pp. 696–700. DOI: https://doi.org/10.1021/cm0484201.
10. Ren J., Lai Y., Gao J. Exploring the influence of SiO2 and TiO2 nanoparticles on the mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 175, pp. 277–285. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.035
11. Sun J., Cao X., Xu Z., Yub Z., Hang Y., Hou G., Shen X. Contribution of core/shell TiO2@SiO2 nanoparticles to the hydration of Portland cement. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 233, pp. 117–127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117127
12. Wang D., Hou P., Zhang L., Xie N., Cheng X. Photocatalytic activities and chemically-bonded mechanism of SiO2@TiO2 nanocomposites coated cement-based materials. Materials Research Bulletin. 2018. Vol. 102, pp. 262–268. DOI: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.02.013
13. Лабузова М.В., Губарева Е.Н., Огурцова Ю.Н., Строкова В.В. Использование фотокаталитического композиционного материала в цементной системе // Строительные материалы. 2019. № 5. С. 16–21. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-16-21
13. Labuzova M.V., Gubareva E.N., Ogurtsova Yu.N., Strokova V.V. The use of the photocatalytic composite material in the cement system. Stroitel’nye Materialy. 2019. No. 5, pp. 16–21. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-16-21
14. Zanfir A.-V., Voicu G., Bădănoiu A.-I., Gogan D., Oprea O., Vasile E. Synthesis and characterization of titania-silica fume composites and their influence on the strength of self-cleaning mortar. Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 140, pp. 157–163. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.032
15. Tyukavkina V.V., Gerasimova L.G., Tsyryateva A.V. Synthetic titanosilicate additives for special cement composites. Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10, pp. 1153–1158. DOI: 10.1134/S2075113319050320
16. Тюкавкина В.В., Герасимова Л.Г., Цырятьева А.В. Эффективность использования титаносиликатных порошков в цементных композитах. ALITINFORM: Цемент. Бетон. Сухие Смеси. 2019. № 2 (55). C. 2–14.
16. Tyukavkina V.V., Gerasimova L.G., Tsyryat’eva A.V. Efficiency of use of titanosilicate powders in cement composites. ALITINFORM: Tsement. Beton. Sukhie Smesi. 2019. No. 2 (55), pp. 2–14. (In Russian).
17. Han B., Ding S., Wang J., Ou J. Nano-engineered cementitious composite. Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2019. DOI: doi.org/10.1007/978-981-13-7078-6
18. Касиков А.Г. Проблемы и перспективы вовлечения в хозяйственный оборот отвальных продуктов медно-никелевого производства. Север и Рынок: формирование экономического порядка. 2013. № 1 (32). С. 48–52.
18. Kasikov A.G. Recovery of dump waste products of the copper-nickel process. Prospects and challenges. Sever i Rynok: formirovanie ekonomicheskogo poryadka. 2013. No. 1 (32), pp. 48–52. (In Russian).
19. Davis R.J., Liu Z., Davis R.J. Titania-silica: a model binary oxide catalyst system. Chemistry of Materials. 1997. Vol. 9, pp. 2311–2324. DOI: https://doi.org/10.1021/cm970314u
20. Kibombo H.S., Zhao D., Gonshorowski A., Budhi S., Koppang M.D., Koodali R.T. Cosolvent-induced gelation and the hydrothermal enhancement of the crystallinity of titania–silica mixed oxides for the photocatalytic remediation of organic pollutants. Journal of Physical Chemistry C. 2011. Vol. 115, pp. 6126–6135. DOI: https://doi.org/10.1021/jp110988j
21. Korayem A.H., Tourani N., Zakertabrizi M., Sabziparvar A.M., Duan W.H. A review of dispersion of nanoparticles in cementitious matrices: Nanoparticle geometry perspective. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 153, pp. 346–357. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.164
2. Jin Q., Saad E.M., Zhang W., Tang Y., Kurtis K. E. Quantification of NOx uptake in plain and TiO2-doped cementitious materials. Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 122, pp. 251–256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.05.010
3. Курбатов В.Л., Дайронас М.В. Экологический эффект от фотокаталитического бетона // Универ-ситетская наука. 2019. № 1. С. 24–27.
3. Kurbatov V.L., Daironas M.V. Ecological effect of photocatalytic concrete. Universitetskaya nauka. 2019. No. 1, pp. 24–27. (In Russian).
4. Лукутцова Н.П., Ефремочкин Н.П., Борсук О.И., Головин С.Н. Фотокаталитически активный самоочищающийся мелкозернистый бетон // Строи-тельные материалы. 2020. № 1–2. С. 8–16. DOI: doi.org/10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15
4. Lukuttsova N.P., Efremochkin N.P., Borsuk O.I., Golovin S.N. Photocatalytic self-cleaning fine-grained concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2020. No. 1–2, pp. 8–15. DOI: doi.org/10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15
5. Li Z., Ding S., Yu X., Han B., Ou J. Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 111, pp. 115–137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.05.019
6. Yang L., Hakki A., Wang F., Macphee D.E. Photocatalyst efficiencies in concrete technology: The effect of photocatalyst placement. Applied Catalysis B: Environmental. 2018. Vol. 222, pp. 200–208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.10.013
7. Korayema A.H., Tourani N., Zakertabrizi M., Sabziparvar A.M., Duan W.H. A review of dispersion of nanoparticles in cementitious matrices: Nanoparticle geometry perspective. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 153, pp. 346–357. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.164
8. Zanfir A.-V., Voicu G., Bădănoiu A.-I., Gogan D., Oprea O., Vasile E. Synthesis and characterization of titania-silica fume composites and their influence on the strength of self-cleaning mortar. Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 140, pp. 157–163. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.032
9. Zhang X.T., Sato O., Taguchi M., Einaga Y., Murakami T., Fujishima A. Self-cleaning particle coating with antireflection properties. Chemistry of Materials. 2005. Vol. 17. No. 3, pp. 696–700. DOI: https://doi.org/10.1021/cm0484201.
10. Ren J., Lai Y., Gao J. Exploring the influence of SiO2 and TiO2 nanoparticles on the mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 175, pp. 277–285. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.035
11. Sun J., Cao X., Xu Z., Yub Z., Hang Y., Hou G., Shen X. Contribution of core/shell TiO2@SiO2 nanoparticles to the hydration of Portland cement. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 233, pp. 117–127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117127
12. Wang D., Hou P., Zhang L., Xie N., Cheng X. Photocatalytic activities and chemically-bonded mechanism of SiO2@TiO2 nanocomposites coated cement-based materials. Materials Research Bulletin. 2018. Vol. 102, pp. 262–268. DOI: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.02.013
13. Лабузова М.В., Губарева Е.Н., Огурцова Ю.Н., Строкова В.В. Использование фотокаталитического композиционного материала в цементной системе // Строительные материалы. 2019. № 5. С. 16–21. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-16-21
13. Labuzova M.V., Gubareva E.N., Ogurtsova Yu.N., Strokova V.V. The use of the photocatalytic composite material in the cement system. Stroitel’nye Materialy. 2019. No. 5, pp. 16–21. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-16-21
14. Zanfir A.-V., Voicu G., Bădănoiu A.-I., Gogan D., Oprea O., Vasile E. Synthesis and characterization of titania-silica fume composites and their influence on the strength of self-cleaning mortar. Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 140, pp. 157–163. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.032
15. Tyukavkina V.V., Gerasimova L.G., Tsyryateva A.V. Synthetic titanosilicate additives for special cement composites. Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10, pp. 1153–1158. DOI: 10.1134/S2075113319050320
16. Тюкавкина В.В., Герасимова Л.Г., Цырятьева А.В. Эффективность использования титаносиликатных порошков в цементных композитах. ALITINFORM: Цемент. Бетон. Сухие Смеси. 2019. № 2 (55). C. 2–14.
16. Tyukavkina V.V., Gerasimova L.G., Tsyryat’eva A.V. Efficiency of use of titanosilicate powders in cement composites. ALITINFORM: Tsement. Beton. Sukhie Smesi. 2019. No. 2 (55), pp. 2–14. (In Russian).
17. Han B., Ding S., Wang J., Ou J. Nano-engineered cementitious composite. Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2019. DOI: doi.org/10.1007/978-981-13-7078-6
18. Касиков А.Г. Проблемы и перспективы вовлечения в хозяйственный оборот отвальных продуктов медно-никелевого производства. Север и Рынок: формирование экономического порядка. 2013. № 1 (32). С. 48–52.
18. Kasikov A.G. Recovery of dump waste products of the copper-nickel process. Prospects and challenges. Sever i Rynok: formirovanie ekonomicheskogo poryadka. 2013. No. 1 (32), pp. 48–52. (In Russian).
19. Davis R.J., Liu Z., Davis R.J. Titania-silica: a model binary oxide catalyst system. Chemistry of Materials. 1997. Vol. 9, pp. 2311–2324. DOI: https://doi.org/10.1021/cm970314u
20. Kibombo H.S., Zhao D., Gonshorowski A., Budhi S., Koppang M.D., Koodali R.T. Cosolvent-induced gelation and the hydrothermal enhancement of the crystallinity of titania–silica mixed oxides for the photocatalytic remediation of organic pollutants. Journal of Physical Chemistry C. 2011. Vol. 115, pp. 6126–6135. DOI: https://doi.org/10.1021/jp110988j
21. Korayem A.H., Tourani N., Zakertabrizi M., Sabziparvar A.M., Duan W.H. A review of dispersion of nanoparticles in cementitious matrices: Nanoparticle geometry perspective. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 153, pp. 346–357. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.164
Для цитирования: Тюкавкина В.В., Щелокова Е.А., Поживина К.А., Касиков А.Г. Нанодобавки на основе диоксида титана и диоксида кремния для самоочищающихся бетонов // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 47–53. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-47-53