Onderzoekers hebben de juiste formule gevonden voor het mengen van een cement dat dubbel dienst doet als structureel materiaal en een passieve fotokatalytische waterzuiveraar met een ingebouwde aanvulling:gewoon het oppervlak van het materiaal schuren om de fotokatalytische kwaliteit op te frissen.

Ze vonden dit recept met behulp van een paar zeer nauwkeurige fysieke laboratoriumexperimenten waarvan de gegevens vervolgens enorm werden versterkt met behulp van een computationele methode genaamd combinatoriek die duizenden combinaties van cementcomposieten en hun fotokatalytische eigenschappen testte.

De resultaten, zeggen de onderzoekers van C-Crete Technologies en Rice University, geven aan dat de ingrediënten zelf belangrijker zijn dan de moleculaire structuur van het cement of de deeltjesgrootte van de gebruikte fotokatalysator. Dit onderzoek biedt niet alleen een belangrijke bevinding voor cement, maar ook de noodzaak om beton en het primaire ingrediënt te maken, cement, milieuvriendelijker is een doel van veel lopend onderzoek, maar de methodologie is veelbelovend voor het ontwikkelen van andere milieuvriendelijke, multifunctionele materialen.

De bevindingen kunnen worden toegepast in cement dat wordt gebruikt in "wegen, bayous, grachten, parkeerplaatsen, overal waar water dat over het betonoppervlak spoelt, wordt blootgesteld aan de zon, " zegt Rouzbeh Shahsavari, voorzitter van C-Crete Technologies, hoofdauteur van het artikel dat op 27 april online verscheen in het tijdschrift Langmuir . "Omdat experimenten doorgaans kostbaar zijn, moeilijk en tijdrovend, het opwindende deel van dit werk is dat we nu beperkte experimentele resultaten kunnen analyseren met onze nieuwe combinatorische benadering en toch zinvolle inzichten en correlaties kunnen verkrijgen die conventioneel verkregen zouden zijn door honderden of duizenden experimenten."

"Breed, deze methode kan niet alleen worden toegepast op cement- of waterzuiveringstoepassingen, maar ook op andere gebieden in het ontdekken van materialen die te maken hebben met beperkte en schaarse experimentele gegevens. We hebben een platformtechnologie ontwikkeld die ontwikkelingsteams helpt de kosten van hun R&D te verlagen en volledig nieuwe materialen te bedenken met ongekende en multifunctionele eigenschappen", zegt Shahsavari.

De onderzoekers gebruikten vijf soorten gemakkelijk verkrijgbaar cement, negen soorten van de fotokatalysator titaandioxide en twee veelvoorkomende verontreinigende stoffen:methyloranje, een kankerverwekkende stof, en dioxaan, een mogelijk kankerverwekkende verbinding, die beide vaak worden aangetroffen in drinkwater. Van de vijf cementen, wit portlandcement, twee soorten Portlandcementen op basis van vulkanische as, en een in de handel verkrijgbaar fotoactief cement bleken allemaal de aanvulbare fotokatalytische kwaliteit te hebben. Het meest voorkomende cement, gewoon Portlandcement, deed niet.

"In principe, het aanpassen van de cementsamenstelling, inclusief beliet en ferriet, zal een lange weg banen voor fotokatalyse terwijl de mechanische eigenschappen in wezen ongewijzigd blijven. ', zegt Shahsavari.