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摘要

纳米二氧化钛光催化透水混凝土降解汽车尾气性能研究

随着汽车工业的发展，机动车的数量激增，大量的汽车尾气排放到空气中导致城

市空气污染。目前，主要采用减少排放和物理吸附等方式来降低城市空气污染水平，即

使如此空气污染问题仍较为严重。纳米二氧化钛（Titaniumdioxide，TiO）是一种良好

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的半导体光催化剂，具有低毒性、化学性质稳定和强光吸收性等优点。纳米TiO2可以

通过吸收光子能量在其表面形成氧化还原势，将汽车尾气氧化还原为水，二氧化碳和

盐等无害物质。透水混凝土具有良好的环境效益，能够缓解热岛效应和地表径流等问

题。光催化透水混凝土能够有效地降解汽车尾气并形成无害的光催化产物，雨水通过

透水混凝土进入地下时可以将附着在光催化透水混凝土表面的光催化产物冲走。

光催化透水混凝土的光催化性能与纳米TiO2在光催化透水混凝土表面的分布有关。

然而TiO2为纳米级颗粒，通过普通显微镜是难以观察到的。场发射环境扫描电子显微

镜常用于分析样品的微观形貌和成分，具有放大倍数范围宽和分辨率高等优点。场发

射扫描电子显微镜的放大倍数可以达到八万倍，在显微镜中可以清晰的观察到纳米

TiO2颗粒在光催化透水混凝土表面的分布。此外，光催化降解汽车尾气的反应过程是

不完全的，在反应过程中会产生亚硝酸盐等有害物质。斑马鱼急性毒性试验是测定水

溶性物质引起斑马鱼致死毒性的方法。通过斑马鱼急性毒性试验可以评价光催化氧化

还原产物的生物毒性。

本文依托吉林省科技发展计划项目“严寒地区生态绿色透水路面材料研究与应用”，

针对光催化应用的要求，对纳米TiO2与紫外线光的接触面积，纳米TiO2在透水混凝土

表面的微观分布结构，纳米TiO2光催化透水混凝土及其光催化降解产物的生物毒性进

行了研究，旨在开发一种环境友好型，能有效改善城市空气环境的光催化透水混凝土。

本文的主要研究内容如下：

（1）确定光催化透水混凝土降解汽车尾气性能测试系统的基本组成部分；通过试

验选择合理的测试光源，初始通气浓度和光催化降解试验时间；描述评价光催化透水

混凝土光催化降解汽车尾气性能的试验操作方法并提出表征光催化降解汽车尾气性能

的评价指标。

（2）通过在透水混凝土表面喷涂TiO2涂料制备光催化透水混凝土，明确了光催化

反应的基本条件和试验光照强度，并且研究纳米TiO2粒径、纳米TiO2用量、TiO2涂料

喷涂量和分散剂用量对光催化透水混凝土光催化性能的影响。此外，改变TiO2涂料的

溶剂以获得更好的TiO2涂料粘结性，提高光催化透水混凝土的光催化耐久性。

（3）采用场发射环境扫描电子显微镜获取纳米TiO2颗粒在光催化透水混凝土表

面的微观分布结构，并通过Image-ProPlus软件处理场发射环境扫描电子显微镜获取的

微观图片，计算纳米TiO面积与基底材料上表面的面积比值。以面积比值表征纳米TiO

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与紫外线光的接触面积。将微观参数与宏观性能相比较，通过微观参数解释光催化透

水混凝土光催化降解汽车尾气性能的变化趋势。

（4）本文通过碱溶出试验和斑马鱼急性毒性试验进行光催化透水混凝土及其光催

化产物的急性毒性研究。以pH值和pH值稳定时间作为碱溶出试验的评价指标，表征

光催化透水混凝土及其光催化产物对环境酸碱平衡的影响；以斑马鱼致死率和健康率

作为斑马鱼急性毒性试验的评价指标，表征光催化透水混凝土及其光催化产物对生物

及环境的毒性影响。

关键词：光催化；透水混凝土；TiO；微观结构；生物毒性

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Abstract

ThephotocatalyticdegradationperformanceofNano-TiO