生物污染是立面元素中一種病態表現，它會損害建筑的美學，損害建筑圍護結構的完整性和耐久性。在水泥基質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)的研究已經開展，表明石墨烯可以改善水泥復合材料的力學性能。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。為了結合不同的性能，如機械強度、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需要應用于光暴露環境中進行光催化。然而，建筑中的一些生物污染問題發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合來實現。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)亞甲基藍的光降解。在加速微藻定植試驗結束時，石墨烯的最佳結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異的效果，通過光催化以外的機制起作用，即使在沒有光照的情況下也表現出效率。此外，CdS/石墨烯基納米添加劑表現出協同效應。在亞甲藍降解測試中，與僅含有CdS納米添加劑的砂漿相比，光催化反應更好。
圖1. 微藻生物膜降解試驗一周期。
圖2. 微藻生長加速試驗流程圖。
圖3. a)第一個微藻降解循環。第二個藻類降解循環:b)用海綿清洗后;C)用棉花清洗后。在微藻濃度為2 g/L的條件下進行第二個循環。
圖4. 像素數與灰度的直方圖:時間0、時間24、時間48、時間72(分別為紅、藍、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周試驗期間生物結垢演變的圖像分析。
圖7. a) RG砂漿光催化降解亞甲基藍的In (C/C
0)線性圖;b)由式(2)生成的所有砂漿亞甲基藍降解效率圖。
圖8. (a - d)納米添加劑的TEM圖像: a) CS; b) G; c) CGA; d) CGB。
相關研究成果由巴西塞爾希培聯邦大學科學與材料工程系Isis Nayra Rolemberg Prudente等人于2023年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
