生物污染是立面元素中一種病態(tài)表現(xiàn)，它會損害建筑的美學(xué)，損害建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性和耐久性。在水泥基質(zhì)中使用石墨烯家族材料(GFMs -石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯)的研究已經(jīng)開展，表明石墨烯可以改善水泥復(fù)合材料的力學(xué)性能。就目前觀察到的情況來看，還沒有針對石墨烯在水泥材料中的自清潔研究。為了結(jié)合不同的性能，如機(jī)械強(qiáng)度、可加工性和自清潔性，我們研究了納米碳家族作為建筑行業(yè)多功能材料的潛力。其他納米材料，如氧化鈦、氧化鋅和納米銀已經(jīng)被用于自清潔。對于銀納米粒子，成本可能是一個障礙，而TiO
2和ZnO需要應(yīng)用于光暴露環(huán)境中進(jìn)行光催化。然而，建筑中的一些生物污染問題發(fā)生在缺乏光或低入射光的情況下，這表明需要新的材料和多功能。因此，這可以通過將光催化劑與納米碳家族的材料結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。本文研究了石墨烯和基于CdS的納米添加劑作為砂漿的自清潔替代品。采用兩種方法來分析這些特性:1)生物膜降解和微藻加速生長法;2)亞甲基藍(lán)的光降解。在加速微藻定植試驗(yàn)結(jié)束時，石墨烯的最佳結(jié)果顯示微藻覆蓋率僅為2.5%，而對照樣品的表面定植率為87.0%。結(jié)果表明，石墨烯納米添加劑在砂漿中抑制微藻生長方面具有優(yōu)異的效果，通過光催化以外的機(jī)制起作用，即使在沒有光照的情況下也表現(xiàn)出效率。此外，CdS/石墨烯基納米添加劑表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。在亞甲藍(lán)降解測試中，與僅含有CdS納米添加劑的砂漿相比，光催化反應(yīng)更好。
圖1. 微藻生物膜降解試驗(yàn)一周期。
圖2. 微藻生長加速試驗(yàn)流程圖。
圖3. a)第一個微藻降解循環(huán)。第二個藻類降解循環(huán):b)用海綿清洗后;C)用棉花清洗后。在微藻濃度為2 g/L的條件下進(jìn)行第二個循環(huán)。
圖4. 像素數(shù)與灰度的直方圖:時間0、時間24、時間48、時間72(分別為紅、藍(lán)、黃、綠曲線)，微藻濃度為2.6 g/L a) CD, b) R, c) RCS d) RG, e) RCGA, f) RCGB。濕棉清洗條件。
圖5. 在8周的測試中，砂漿的微藻覆蓋率百分比演變。不含納米添加劑的CD參比;R-砂漿商業(yè)參考;添加添加劑- RG1的砂漿(0.3%wt);RG2 (0.21% wt);RG3 wt (0.12%);RG4 wt(0.03%)。
圖6. 接縫砂漿在8周試驗(yàn)期間生物結(jié)垢演變的圖像分析。
圖7. a) RG砂漿光催化降解亞甲基藍(lán)的In (C/C
0)線性圖;b)由式(2)生成的所有砂漿亞甲基藍(lán)降解效率圖。
圖8. (a - d)納米添加劑的TEM圖像: a) CS; b) G; c) CGA; d) CGB。
相關(guān)研究成果由巴西塞爾希培聯(lián)邦大學(xué)科學(xué)與材料工程系Isis Nayra Rolemberg Prudente等人于2023年發(fā)表在Journal of Building Engineering (https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106837)上。
原文：Anti-biofouling properties of graphene-based nanoadditives in cementitious mortars
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
