Análise da eficiência fotocatalítica e do desempenho mecânico de peças pré-moldadas de concreto para pavimentação nanomodificadas com óxido de zinco e dióxido de titânio

Abstract

A poluição atmosférica, gerada principalmente a partir da combustão em industrias e veículos, tornou-se um dos principais problemas em grandes cidades, oferecendo riscos à saúde humana e sérios danos ambientais. Entre os principais poluentes, encontram-se os óxidos de nitrogênio (NOx), que apresentam altas concentrações em centros urbanos. Diante desta problemática, a fotocatálise heterogênea empregada à pavimentação mostra-se como uma grande aliada à mitigação de poluentes atmosféricos, concomitante com a necessidade da busca por materiais alternativos que apresentem desempenho fotocatalítico e menor custo de mercado, como o óxido de zinco (ZnO). Este trabalho teve como objetivo principal validar o ZnO como material alternativo ao dióxido de titânio (TiO2) na fotocatálise heterogênea aplicada à pavimentação e avaliar sua influência nas propriedades mecânicas de matrizes cimentícias. Para tanto, foram produzidas argamassas nanomodificadas com diferentes teores (3, 6 e 9%) de TiO2 e ZnO, incoporados na argamassa da camada superficial de peças pré-moldadas de concreto (PPC). Avaliou-se ainda a influência que diferentes condições ambientais exercem nos resultados de degradação produzidos pelas peças durante os ensaios. O desempenho mecânico das argamassas foi avaliado no seu estado fresco e estado endurecido. Os resultados mostraram que as peças produzidas com TiO2 são superiores às peças com ZnO na degradação dos NOx. Ainda, que a maior eficiência fotocatalítica está diretamente relacionada com maiores teores de material incorporado à argamassa, e que a variação das condições ambientais é um fator crítico ao desempenho das peças, onde a maior radiação UV-A e menores taxas de fluxo e umidade relativa do ar produzem melhores resultados na oxidação do NOx. Esse comportamento é comum ao TiO2 e ao ZnO. Quanto ao desempenho mecânico, as argamassas de referência e com TiO2 apresentam um comportamento semelhante, além de uma microestrutura densa e pouco porosa, garantindo bom desempenho mecânico. Já as argamassas com ZnO mostraram menor desempenho mecânico em relação à referência e às argamassas com TiO2. A adição do ZnO produziu argamassas de microestruturas frágeis e de maior porosidade devido ao efeito retardante causado nas reações de hidratação do cimento. Conclui-se que o TiO2 é o semicondutor mais viável técnica e economicamente para aplicação na pavimentação fotocatalítica, quando comparado ao ZnO.

Abstract: Air pollution generated mainly from combustion in thermoelectric and vehicle industries, has become a major problem in large cities, offering risks to human health and serious environmental damage. Among the main pollutants are nitrogen oxides (NOx), which present high concentrations in urban centers. In view of this problem, the heterogeneous photocatalysis used for paving is a great allied to the mitigation of atmospheric pollutants, concomitant with the need to search for alternative materials that present good photocatalytic performance and lower market cost, such as zinc oxide (ZnO). The main objective of this work was to validate ZnO as alternative material to titanium dioxide (TiO2) in the heterogeneous photocatalysis applied to the pavement and to evaluate its influence on the mechanicl properties of cementitious matrices. For this purpose, nanomodified mortars with different TiO2 and ZnO contentes (3, 6 e 9%), incorporated in the mortar of the concrete blocks were used. The influence of different environmental conditions on the degradation results produced by the parts during the tests was also evaluated. The mechanical performance of the mortars was evaluated in its fresh state and hardened state. The results showed that the samples produced with TiO2 are superior to the samples with ZnO in the degradation of the NOx. Also, that the higher photocatalytic efficiency is directly related to the higher content of material incorporated to the mortar, and that the variation of the environmental conditions is a critical factor to the performance of the blocks, where the higher UV-A radiation and lower flow rates and relative humidity of the air produce better NOx oxidation. This behavior is common to TiO2 and ZnO. As for the mechanical performance, the reference and TiO2 mortars have a similar behavior, besides a dense and low porous microstructure, guaranteeing good mechanical performance. However, the mortars with ZnO showed lower mechanical performance in relation to the reference and mortars with TiO2. The addition of ZnO produced mortars of fragile microstructures and of greater porosity due to the retarding effect caused in hydration reactions of the cement. It is concluded that TiO2 is the most technically and economically feasible semiconductor for application in photocatalytic paving when compared to ZnO.