The Synthesis and Study of TiO2/Aluminosilicate Composites as Components of Building Finishing Materials for Improvement of the Indoor Air Quality

This study offers the method for the synthesis of composite material by chemical deposition of TiO2 on aluminosilicate matrix from titanium sulfate solution (precursor). Relatively cheap and available raw materials were used during the preparation: the waste of mechanical processing of titanium (titanium shavings) for obtaining the precursor, montmorillonite, kaolinite, and fly ash as supports. The analysis of the literature sources allows assuming that such method produces the composite with a large specific surface area because of thermoacid activation and high photoactivity suitable for indoor conditions. These properties are confirmed by the experimental data for the obtained samples: Chemical contents; Morphology of surface and average particles size by SEM/optical microscopy; Adsorptive properties and parameters of porous structure, water vapor and benzene vapor adsorption capacity; X-rays analysis of phases; Photoactivity of the materials was estimated by the method of MEK removal in reactors of two different types (16 L & 0,45 L) with two types of UV-irradiation source (ULTRAVITALUX E27 lamp and DFL-5013UVC-380). The stability of the properties of the obtained composites after 3 years of storage was examine. Based on the results obtained, the recommendations for obtaining stable composites were discussed. The relative simplicity of technology allows organizing industrial production of the materials and possible upgrades of the method. Non-metal co-doping of the composites was examined as a method for providing visible light activity of the materials. The use of fly ash as matrix for composites was studied as possible way of valorization of industrial by-product. The building materials prepared with the obtained TiO2–containing component were tested by the method of methyl ethyl ketone removal.

Lo studio oggetto della tesi presenta il metodo di preparazione di materiali compositi per deposizione chimica di TiO2 su matrici di alluminosilicati per deposizione da una soluzione di Titanio solfato. Materie prime relativamente economiche e facilmente disponibili sono state usate per la preparazione: i frammenti del processo di trattamento meccanico dell'alluminio per l'ottenimento della soluzione di titanio solfato, argille e cenere volante come matrice. L'analisi dei riferimenti di letteratura consente di assumere che questo metodo produca materiali compositi con una larga superficie specifica grazie all'attivazione termoacida e ad una elevata attività fotocatalitica spendibile in applicazioni indoor. Queste proprietà sono confermate dai dati sperimentali ottenuti sui campioni di materiale composito ottenuti, sui quali sono stati valutati: la composizione chimica, la morfologia superficiale con SEM, la dimensione media delle particelle in microscopia ottica, la proprietà di adsorbimento del vapore d'acqua, la capacità di adsorbimento del benzene, la struttura dei pori, l'analisi ai raggi X, l'attività fotocatalitica con metodo di rimozione del MEK con due diversi tipi di box di prova e sorgenti di luce. La stabilità nel tempo delle proprietà dei compositi sviluppati è stata valutata dopo tre anni dalla loro preparazione. Sulla base dei risultati ottenuti sono state discusse le indicazioni per l'ottenimento di Compositi stabili. La relativa semplicità della tecnologia utilizzata ha consentito di descrivere l'organizzazione della produzione industriale del materiale composito e un metodo di possibile promozione industriale. Sono stati esaminati anche compositi contenenti dopanti non metallici come metodo per fornire attività fotocatalitica nel campo della luce visibile. L'uso di cenere volante come matrice del composito è stato studiato come metodo di valorizzazione di un rifiuto industriale. Infine i materiali da costruzione preparati con i compositi a base di TiO2 sono stati testati con il metodo della rimozione del MEK.