光触媒コンクリート

光触媒コンクリートは、舗装材やその他の構造用コンクリートとして使用されるコンクリートの配合で、混和剤または表面層として二酸化チタン（TiO _{2 ）が含まれています。}二酸化 チタンは、太陽光と水分を利用して窒素酸化物（ NOとNO 2 _）を吸収して硝酸イオン（NO ₃ ⁻）に変換する不均一光触媒であり、その後雨で洗い流されるか、コンクリートに浸透して安定した化合物を形成します。^[1]

光触媒コンクリートの技術は、イタリアのディオ・パドレ・ミゼリコルディオーソ教会の建設中に建築で初めて使用されました。ジュビリー教会^[2]としても知られるリチャード・マイヤーの建築は、2000 年に祝われたキリスト教 2000 周年記念に限定されています。新しい教会のコンクリートの「帆」を頻繁に掃除するのを避けるために、新しい開発が使用されました - 壁の白いセルフクリーニングコーティングです。^[3]しかし、当時は、二酸化チタンと白色顔料を含むこの着色石膏が排気ガスや都市の霧の他の要素を吸収することは知られていませんでした。この発見により、同様の材料を都市建設に広く適用するという問題が生じました。研究によると、二酸化チタンでコーティングされたファサードから 2.5 m の距離にある空気には、他の都市の建物よりもさまざまな燃焼生成物が 70% 少なく含まれています。そのため、このように処理された建物を通過するときに人々が吸い込む有害物質が少なくなります。アスファルト道路を覆うために光触媒セメントを使用するオプションも検討されています。実験として、ミラノ近郊の高速道路230メートル区間で使用されました。測定により、この道路の平均交通量が1時間あたり1000台の場合、地上の空気中の窒素酸化物が60％削減されたことがわかりました。^[4] この発見には懐疑的な人もいました。彼らの意見では、有害物質の排出レベルを下げることが必要であり、その結果であるスモッグを排除する必要はないということです。さらに、実質的にすべての触媒の有効性は、時間が経つにつれて弱まります。

二酸化チタンが太陽光の紫外線にさらされると、紫外線を吸収して電子励起が起こります。すると、二酸化チタン結晶の表面で次の反応が起こります。

水の光分解：

H ₂ O → H ⁺ + OH (ヒドロキシルラジカル) + e ⁻

O ₂ + e ⁻ → O ₂ ⁻（スーパーオキシドイオン）

したがって、全体的な反応は次のようになります。

H ₂ O + O ₂ → H ⁺ + O ₂ ⁻ + OH

ヒドロキシルラジカルは強力な酸化剤であり、二酸化窒素を硝酸イオン に酸化することができます。

NO ₂ + OH → H ⁺ + NO ₃ ⁻

スーパーオキシドイオンは一酸化窒素から硝酸イオンを形成することもできます。

NO + O ₂ ⁻ → NO ₃ ⁻

通常の大気条件下では、反応の濃度が低いため、 NO _xから硝酸イオンへの酸化は非常にゆっくりと進行します。二酸化チタンの助けを借りた光化学酸化は、ブロックのコーティングによってエネルギーが吸収され、また反応物がブロックの表面で一緒に保持されるため、はるかに速くなります。二酸化チタンを使用した反応は、他のほとんどの金属ベースの触媒よりも高い酸化力を示します。

光触媒ブロックは、1997年に大阪で最初に試験され、その後ロンドンのシティ・オブ・ウェストミンスターで使用され、日本では約30の市町村で通常の舗装に代わる形で導入されている^[要出典]。これらのブロックの目的は、大気汚染レベルを下げ、光化学スモッグの量を減らすことである。