Вплив допованого сіркою та вуглецем TiO2 нанокомпозиту на фотокаталітичні та механічні властивості цементних розчинів

Автор(и)

  • Marko Hohol Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-8665-427X
  • Myroslav Sanytsky Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-8609-6079
  • Tetiana Kropyvnytska Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-0396-852X
  • Adriana Barylyak Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького вул. Пекарська, 69, м. Львів, Україна, 79010, Україна https://orcid.org/0000-0001-7271-7252
  • Yaroslav Bobitski Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-7957-0502

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210218

Ключові слова:

нанокомпозит, діоксид титану, цементний розчин, фотокаталіз, гідрофобність, вільна енергія

Анотація

Проведеними дослідженнями встановлено вплив модифікатора
нано-ТіО2 Р25 та нанокомпозиту на основі діоксиду титану, допованого сіркою та вуглецем (TiO2/S,C), на фотокаталітичні, механічні властивості та структуроутворення цементних розчинів. Отримано результати гранулометричного складу композиційного портландцементу та нанодобавок ТіО2; проведена комплексна оцінка розподілу за розмірами їх частинок як за об’ємом, так і за питомою поверхнею. Доведено, що нанокомпозит TiO2/S,C характеризується екстремально високою поверхневою активністю, що визначає фотокаталітичні властивості поверхні цементних розчинів. Проведено порівняння механічних властивостей цементних розчинів, модифікованих нанодобавками діоксиду титану.

Експериментальними дослідженнями підтверджено покращення фотокаталітичних властивостей поверхні цементного розчину у видимому спектрі за рахунок допування нанорозмірного діоксиду титану вуглецем та сіркою. Поєднання нанодобавок ТіО2 з суперпластифікаторами полікарбоксилатного типу призводить до зростання міцності модифікованих зразків з віком тверднення. Завдяки високій поверхневій активності частинок нанокомпозиту TiO2/S,C продукти гідратації цементної пасти осаджуються на їх поверхні, утворюючи з ними конгломерати, що ущільнюють мікроструктуру цементуючої матриці. Показано, що при використанні нанокомпозиту на основі модифікованого діоксиду титану показники вільної енергії знижуються і поверхня цементного розчину набуває гідрофобних властивостей, що сприяє процесам самоочищення. Таким чином, є підстави стверджувати про доцільність використання нанокомпозиту TiO2/S,C для покращення фотокаталітичних, самоочисних, механічних та гідрофобних властивостей цементних розчинів

Біографії авторів

Marko Hohol, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Аспірант

Кафедра будівельного виробництва

Myroslav Sanytsky, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра будівельного виробництва

Tetiana Kropyvnytska, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельного виробництва

Adriana Barylyak, Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького вул. Пекарська, 69, м. Львів, Україна, 79010

Кандидат медичних наук, доцент

Кафедра терапевтичної стоматології

Yaroslav Bobitski, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра фотоніки

Посилання

  1. Rao, N. V., Rajasekhar, M., Vijayalakshmi, K., Vamshykrishna, M. (2015). The Future of Civil Engineering with the Influence and Impact of Nanotechnology on Properties of Materials. Procedia Materials Science, 10, 111–115. doi: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.06.032
  2. Solano, R., Patiño-Ruiz, D., Herrera, A. (2020). Preparation of modified paints with nano-structured additives and its potential applications. Nanomaterials and Nanotechnology, 10, 184798042090918. doi: https://doi.org/10.1177/1847980420909188
  3. Cavazos, J. S., González, G., Kharissova, O. V., Ortega, B., Peña, L., Osorio, M., Garza-Castañón, M. (2017). Effect of Nanoparticles on Mechanical Properties of Cement-Sand Mortar Applications. Advances in Chemical Engineering and Science, 07 (03), 270–276. doi: https://doi.org/10.4236/aces.2017.73020
  4. Kropyvnytska, T., Sanytsky, M., Rucinska, T., Rykhlitska, O. (2019). Development of nanomodified rapid hardening clinker-efficient concretes based on composite Portland cements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (102)), 38–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185111
  5. Motzkus, C., Macé, T., Vaslin-Reimann, S., Ausset, P., Maillé, M. (2013). Characterization of manufactured TiO2nanoparticles. Journal of Physics: Conference Series, 429, 012012. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/429/1/012012
  6. Hamidi, F., Aslani, F. (2019). TiO2-based Photocatalytic Cementitious Composites: Materials, Properties, Influential Parameters, and Assessment Techniques. Nanomaterials, 9 (10), 1444. doi: https://doi.org/10.3390/nano9101444
  7. Li, Z., Ding, S., Yu, X., Han, B., Ou, J. (2018). Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 111, 115–137. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.05.019
  8. Wang, L., Zhang, H., Gao, Y. (2018). Effect of TiO2 Nanoparticles on Physical and Mechanical Properties of Cement at Low Temperatures. Advances in Materials Science and Engineering, 2018, 1–12. doi: https://doi.org/10.1155/2018/8934689
  9. Boonen, E., Beeldens, A. (2014). Recent Photocatalytic Applications for Air Purification in Belgium. Coatings, 4 (3), 553–573. doi: https://doi.org/10.3390/coatings4030553
  10. Sikora, P., Cendrowski, K., Markowska-Szczupak, A., Horszczaruk, E., Mijowska, E. (2017). The effects of silica/titania nanocomposite on the mechanical and bactericidal properties of cement mortars. Construction and Building Materials, 150, 738–746. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.054
  11. Sikora, P., Augustyniak, A., Cendrowski, K., Nawrotek, P., Mijowska, E. (2018). Antimicrobial Activity of Al2O3, CuO, Fe3O4, and ZnO Nanoparticles in Scope of Their Further Application in Cement-Based Building Materials. Nanomaterials, 8 (4), 212. doi: https://doi.org/10.3390/nano8040212
  12. Kądziołka, D., Rokicka, P., Markowska-Szczupak, A., Morawski, A. (2017). Influence of titanium dioxide activated under visible light on survival of mold fungi. Medycyna Pracy, 69 (1), 59–65. doi: https://doi.org/10.13075/mp.5893.00652
  13. Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Kotiv, R. (2014). Modified Plasters for Restoration and Finishing Works. Advanced Materials Research, 923, 42–47. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.923.42
  14. Krivenko, P. V., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Kotiv, R. (2014). Decorative Multi-Component Alkali Activated Cements for Restoration and Finishing Works. Advanced Materials Research, 897, 45–48. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.897.45
  15. Senff, L., Hotza, D., Lucas, S., Ferreira, V. M., Labrincha, J. A. (2012). Effect of nano-SiO2 and nano-TiO2 addition on the rheological behavior and the hardened properties of cement mortars. Materials Science and Engineering: A, 532, 354–361. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.10.102
  16. Krivenko, P. V., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T. (2019). The Effect of Nanosilica on the Early Strength of Alkali-Activated Portland Composite Cements. Solid State Phenomena, 296, 21–26. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.296.21
  17. Meng, T., Yu, Y., Qian, X., Zhan, S., Qian, K. (2012). Effect of nano-TiO2 on the mechanical properties of cement mortar. Construction and Building Materials, 29, 241–245. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.10.047
  18. Ma, B., Li, H., Li, X., Mei, J., Lv, Y. (2016). Influence of nano-TiO2 on physical and hydration characteristics of fly ash–cement systems. Construction and Building Materials, 122, 242–253. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.087
  19. Janus, M., Mądraszewski, S., Zając, K., Kusiak-Nejman, E., Morawski, A. W., Stephan, D. (2019). Photocatalytic Activity and Mechanical Properties of Cements Modified with TiO2/N. Materials, 12 (22), 3756. doi: https://doi.org/10.3390/ma12223756
  20. Siah, W. R., Lintang, H. O., Shamsuddin, M., Yuliati, L. (2016). High photocatalytic activity of mixed anatase-rutile phases on commercial TiO2nanoparticles. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 107, 012005. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/107/1/012005
  21. Szymanowski, J., Sadowski, Ł. (2020). The influence of the addition of tetragonal crystalline titanium oxide nanoparticles on the adhesive and functional properties of layered cementitious composites. Composite Structures, 233, 111636. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111636
  22. Lucas, S. S., Ferreira, V. M., de Aguiar, J. L. B. (2013). Incorporation of titanium dioxide nanoparticles in mortars – Influence of microstructure in the hardened state properties and photocatalytic activity. Cement and Concrete Research, 43, 112–120. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.007
  23. Viana, M. M., Soares, V. F., Mohallem, N. D. S. (2010). Synthesis and characterization of TiO2 nanoparticles. Ceramics International, 36 (7), 2047–2053. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.04.006
  24. Barylyak, A., Besaga, K., Bobitski, Y., Vakhula, Y. (2009). Nanophotocatalysts on the Basis of TiO2: Synthesis and Properties. Physics and chemistry of solid state, 10 (3), 515–523.
  25. Vakhula, Y., Besaga, K., Lutsyuk, I., Dobrotvorska, M. (2011). Structural Investigations of Titanium(IV) Oxide Powder Doped with Sulphur. Chemistry & Chemical Technology, 5 (3), 255–258. doi: https://doi.org/10.23939/chcht05.03.255
  26. Tataryn, V., Bobitski, Y., Vlokh, R., Barylyak, A. (2012). ESR research of enhanced visible light photocatalytic activity of S-doped Tio2. Proc. of International Conference on Modern Problem of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science. Lviv-Slavske.
  27. Ivanov, S., Barylyak, A., Besaha, K., Bund, A., Bobitski, Y., Wojnarowska-Nowak, R. et. al. (2016). Synthesis, Characterization, and Photocatalytic Properties of Sulfur- and Carbon-Codoped TiO2 Nanoparticles. Nanoscale Research Letters, 11 (1). doi: https://doi.org/10.1186/s11671-016-1353-5
  28. Barnat-Hunek, D., Smarzewski, P. (2015). Surface free energy of hydrophobic coatings of hybrid-fiber-reinforced high-performance concrete. Materiali in Tehnologije, 49 (6), 895–902. doi: https://doi.org/10.17222/mit.2014.174
  29. Degussa P25 Titanium dioxide nanopowder. Available at: https://www.nanoshel.com/product/degussa-p25-titanium-dioxide/

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Hohol, M., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Barylyak, A., & Bobitski, Y. (2020). Вплив допованого сіркою та вуглецем TiO2 нанокомпозиту на фотокаталітичні та механічні властивості цементних розчинів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(6 (106), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210218

Номер

Том 4 № 6 (106) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Marko Hohol, Myroslav Sanytsky, Tetiana Kropyvnytska, Adriana Barylyak, Yaroslav Bobitski

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.