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光催化材料及其在大坝混凝土中的应用展望

文档作者：刘绍彦曾力文档来源：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室		点击数：	更新时间： 2025年11月19日
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上一篇：海子湾水库工程大坝设计的探讨

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２０１８ 年第７ 期
２０１８ Ｎｕｍｂｅｒ ７
水电与新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
第３２ 卷
Ｖｏｌ．３２
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１８．０７．００２
收稿日期：２０１８ －０５ －２６ 作者简介：刘绍彦，女，硕士研究生，研究方向：材料学。
光催化材料及其在大坝混凝土中的应用展望
刘绍彦，曾 力
（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 ４３００７２）
摘要：光催化技术已成为当前环保领域的研究热点之一，ＴｉＯ２ 作为目前最有前景的光催化材料，已经广泛运用于城市建
筑领域，但在水工行业尚无应用。对ＴｉＯ２ 光催化氧化和光致超亲水性机理，及其在空气污染物净化、除菌、自清洁和防
雾材料等方面的研究与应用做了综述。并结合光催化技术对大坝混凝土表面耐污性耐候性问题的解决做了展望。
关键词：光催化；二氧化钛；大坝混凝土；表面保护材料
中图分类号：Ｏ６４３．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１ －３３５４（２０１８）０７ －０００５ －０５
Photocatalytic Material： Introduction and Application Prospect in Dam Concrete
ＬＩＵ Ｓｈａｏｙａｎ， ＺＥＮＧ Ｌｉ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｃｕｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ．
Ａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ， ＴｉＯ２ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｂｕｔ ｙｅｔ ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ＴｉＯ２ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｏｔｏ -ｉｎｄｕｃｅｄ
ｓｕｐｅｒ-ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ， ｓｅｌｆ-ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ
ａｎｔｉ-ｆｏｇｇｉｎｇ．Ａｌｓｏ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄａｍ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｒｆｉｃｉａｌ ｓｔａｉｎ ｒｅｓｉｓｔ -
ａｎｃｅ ａｎｄ ｗｅａｔｈｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Key words： ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ； ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ； ｄａｍ ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ
光催化技术是一项绿色高效的环保技术，现已成
为环保材料领域的研究热点之一。１９７２ 年日本科学
家Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ 等［１］ 第一次在研究中发现，二氧化钛
（ＴｉＯ２ ）在紫外线作用下可将水分解成氢气和氧气。
自此之后，许多科学家投身于光催化材料的开发与应
用，并且取得了大量的研究成果。当前常用的光催化
剂有Ｔｉ０２ 、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＷＯ３ 、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＳｎＯ２ 等［２］ ，其中ＴｉＯ２
由于其催化性能好，且无毒无污染，被认为是当今最有
前景的光催化剂。目前利用ＴｉＯ２ 光催化作用制成的
材料已大量应用于涂料、玻璃、建筑外墙、造纸、化纤、
橡胶、化妆品，以及耐火材料、耐高温实验器皿的制造
等多个领域［３ －４］ ，但在水工混凝土建筑物上的应用还
处于尝试阶段，仍有很多问题亟待探索与研究。
大坝混凝土常年受到日光照射、空气侵蚀、气温变
化和雨水冲刷，随着运行年限的增加，其表面耐候性问
题日渐突出。同时，又因为大坝混凝土有着多孔、湿润
的特点，汛期泄洪时雾化还会使其湿度进一步加大，这
种环境适合于苔藓等植物或微生物在其表面产生繁
殖。该类生物以库水中的天然有机质为养分，其生长
和死亡导致坝体表面发黄、发黑，极大影响了坝体美
观。当前对大坝混凝土表面防护技术的研究中，虽然
在解决耐久性问题上已初具成效，并使其表面有一定
自清洁效果，但就其长期效果而言，仍不能明显提高混
凝土表面的耐沾污性能、缩短大坝清洁周期、解决其长
期清洁问题。由于光催化材料有隔离紫外线并实现光
催化自清洁的功能，如果能将光催化材料运用到大坝
混凝土表面防护上，可在一定程度上解决大坝表面耐
候性及清洁美观问题。本文对ＴｉＯ２ 光催化原理、特性
及应用做了论述，同时试图对ＴｉＯ２ 光催化材料的光催
化基本原理运用于大坝混凝土表面防护的应用前景作
５ 万方数据
水电与新能源２０１８ 年第７ 期
一些设想和展望。
１ 自清洁机理
1．1 光催化氧化还原反应
ＴｉＯ２ 为半导体氧化物，能级满足半导体能带结
构。半导体的能带一般由一个充满电子的低能价带
（ＶＢ）和一个空的或半满的高能导带（ＣＢ）组成。与金
属的连续能级不同，半导体的价带和导带之间存在空
隙，称为带隙宽度或带隙能（Eg ）。通常情况下，ＴｉＯ２
有锐钛型和金红石型，其中锐钛型的带隙能为３．２ ｅｖ，
金红石型为３．０ ｅｖ。当入射光能E 大于带隙能Eg 时，
即E ＝hcλ
≥Eg 时，或者说当入射光波长λ小于光吸收
波长阈值λg 时，即λ≥λg ＝１ ２４０ Eg
时，价带上的电子
（ｅ－）会跃迁到导带上，同时在价带上形成一个带正电
的空穴（ｈ＋），即ＳｉＯ２→hv ｅ－ ＋ｈ＋。该反应为初级反应，
随后光生电子和空穴会发生一系列次级反应，主要反
应［５ －６］ 如下。
１）光生电子和空穴发生复合反应，使能量以热能
形式释放：
ｈ＋ ＋ｅ－→V
２）空穴具有强氧化性，与附着在表面的水分解生
成的ＯＨ－反应生成羟基自由基：
ｈ＋ ＋Ｈ２ Ｏ→· ＯＨ ＋Ｈ＋
ｈ＋ ＋ＯＨ→· ＯＨ
３）电子具有还原性，与氧气（Ｏ２ ）发生还原反应，
生成超氧阴离子自由基。超氧阴离子自由基又会发生
进一步反应：
ｅ－ ＋Ｏ２→· Ｏ２
－
Ｈ＋ ＋Ｏ２
－→ＯＨ２
空穴（ｈ＋）及生成的羟基自由基（· ＯＨ），羟基自
由基有极强的氧化能力，其氧化电势高于大多数常用
氧化物，从而使附着在表面的有机污染物被氧化。羟
基自由基（· ＯＨ）具有的反应能高于Ｃ －Ｃ，Ｃ －Ｎ，Ｃ －
Ｈ，Ｎ －Ｈ 等化学键的键能，使化学键破坏。最终有机
污染物被降解成无二次污染的二氧化碳（ＣＯ２ ）、水
（Ｈ２ Ｏ）和无机酸。
1．2 超亲水性
紫外线光照条件下，ＴｉＯ２ 薄膜表面的水滴接触角
迅速变小，水滴迅速分散平铺在薄膜表面，使表面最终
湿润。ＴｉＯ２ 的超亲水性是由Ｒ．Ｗａｎｇ 等［７］ 首次发现
的。他们通过试验发现：在未经光照时，ＴｉＯ２ 薄膜与
水的接触角约为７２°，经过紫外线照射后，其接触角迅
速变小，甚至接近于０°。对于油状有机液体，也有相
同的性质，即ＴｉＯ２ 具有水油超双亲效应。因此，当
ＴｉＯ２ 薄膜表面被污染时，由于其水油双亲性，污染物
不易附着，会随外部风力、雨水冲刷的作用而脱落
下来。
目前对ＴｉＯ２ 的超亲水性机理尚无统一的解释。
常见的观点有以下两种［８ －１０］ ：
１）ＴｉＯ２ 的超亲水性是由于其表面附着的有机物
的光催化分解反应。ＴｉＯ２ 表面本身的化学吸附水（即
羟基）是亲水性的，吸附了空气中有机物后变为疏水
性。经过紫外光照射后，表面有机物经光催化反应分
解重新变为亲水性。停止光照后，有机物再次附着到
其表面，表面恢复到疏水状态。
２）ＴｉＯ２ 的超亲水性是由于其表面结构的变化。
在紫外光照下，ＴｉＯ２ 表面产生了空穴和电子。空穴和
电子分别与氧离子和Ｔｉ４ ＋反应，形成氧空位和Ｔｉ３ ＋。
此时空气中的水解离子吸附在氧空位中，成为化学吸
附水（羟基）。化学吸附水进一步吸附水形成物理吸
附层，在宏观上就表现为超亲水性。
对于以上观点，目前还未最终定论，仍需要进一步
研究。
２ 光催化应用
2．1 降解空气污染物
汽车尾气排放的氮氧化合物以及燃煤排放的硫化
物是城市大气污染的重要污染物，通过光催化反应可
将其有效降解为二氧化碳（ＣＯ２ ）、水（Ｈ２ Ｏ）、无机酸
等，随雨水冲走，从而达到净化空气的目的。目前国内
外已有许多学者对ＴｉＯ２ 的光催化空气净化功能做了
探究。Ｈüｓｋｅｎ Ｇ 等［１１］ 人对欧洲的几种代表性光催化
材料的ＮＯｘ 的光催化效果进行了测评。试验结果显
示：这些光催化产品的平静降解率约为４０％，入射光
波长范围、相对湿度、污染物浓度和流速、光催化材料
表面粗糙程度、ＴｉＯ２ 粉末分布情况等因素都对光催化
效果有一定影响。并且进一步指出应建立适当的反应
模型作为研究影响因素和进行室外测试的基础。宋瑞
金［１２］ 等在采用纳米级ＴｉＯ２ 光催化涂料对空气污染物
净化的试验中显示，在紫外灯照射３０ ｍｉｎ 后，ＳＯ２ 的浓
６ 万方数据
刘绍彦，等：光催化材料及其在大坝混凝土中的应用展望２０１８ 年７ 月
度衰减率达９７％；在紫外灯照射１４ ｍｉｎ 后，ＮＯ２ 的浓
度衰减率为９０％。同时，该光催化涂料还可有效去除
空气中的甲醛（ＨＣＨＯ），其去除率达到６９％。李慧
芳［１３］ 采用溶胶－凝胶法制备掺杂二氧化钛光催化剂，
并研究了其对ＨＣＨＯ 的降解性能。试验结果显示，在
０．４６３，０．５８１，０．８８２ 和１．０２８ ｍｇ／ｍ３ ４ 种不同初始浓
度下，ＨＣＨＯ 的降解率均在８０％左右。王军［１４］ 等在对
纳米ＴｉＯ２ 改性内墙涂料的试验中显示当涂料中ＴｉＯ２
的含量为２％时，其ＨＣＨＯ 降解效率最高。
张洋［１５］ 以高铝酸盐为载体，以自制的纳米ＴｉＯ２
为主体，将二者以８∶２ 比例制成光催化复合材料，进行
光催化性能试验。结果显示，该复合材料对氨气
（ＮＨ３ ）和ＨＣＨＯ 都有很好的吸附降解性能。钱春
香［１６］ 等采用硬化混凝土外部渗透方法，通过在混凝土
养护过程中向其表面喷洒纳米ＴｉＯ２ 水性溶液的方式
制成光催化混凝土。试验结果显示：ＮＯ２ 气体的光催
化效率随湿度增加而急剧下降； 当ＴｉＯ２ 浓度≤
０．５ ｍｇ／ｍ３ 时，光辐射强度对光催化效率影响不大，当
ＮＯ２ 浓度≥２．０ ｍｇ／ｍ３ 时，光催化效率随光照强度的
增加而增加；且在自然光或室内较弱紫外光照下都具
有良好的光催化性能；温度在０℃ ～２５℃时，光催化效
率随温度升高而升高，温度达到２５℃ ～６０℃时随温度
变化不明显。关强［１７］ 等优化了纳米ＴｉＯ２ 光催化混凝
土的配比方案，并进行了模拟道路路面ＴｉＯ２ 材料对
ＮＯ２ 净化效果的分析。该试验通过在混凝土表面喷涂
纳米ＴｉＯ２ 的方法制成光催化混凝土。结果显示：在自
然状态下，纳米ＴｉＯ２ 的最佳添加量为５％，十二烷基苯
磺酸钠表面活性剂的最佳用量为３％；当表面打磨
２ ｍｍ 厚度后，仍有光催化效果。
2．2 除菌
除菌作用一方面是指抑制细菌生长的抑菌作用，
另一方面是指杀死微生物营养体和繁殖体的杀菌作
用。ＴｉＯ２ 光催化剂对大肠杆菌、金色葡萄球菌、绿脓
杆菌、沙门氏菌等有抑制和灭杀的作用。当细菌吸附
在涂有ＴｉＯ２ 光催化剂的材料表面时，ＴｉＯ２ 受光催化激
发产生的空穴和电子进一步反应生成了超氧离子自由
基和羟基自由基，并穿透细菌的细胞壁、破坏细胞膜
质、进入菌体内部，进一步阻止成膜物质的传输、阻断
呼吸系统的运行和电子传输系统正常运行，因而有效
地消灭细菌，同时抑制了细菌分解产生的臭味物质，如
硫化氢（Ｈ２ Ｓ）、氨气（ＮＨ３ ）、硫醇等。且当光照结束后
一段时间内，光催化除菌作用依然有效。１９８５ 年
Ｍａｔｓｕｎａｇａ 等［１８］ 首次将ＴｉＯ２ 光催化作用运用于对细菌
灭杀方面。之后，越来越多的学者进行了ＴｉＯ２ 光催化
剂在除菌方面应用的研究，包括细菌、真菌、病毒、藻
类、原生动物等。
Ｓｕｎａｄａ［１９］ 等人观察到，ＴｉＯ２ 表面的光催化作用不
仅可以杀死细菌，还可以分解细菌的有毒成分。如果
紫外线光照持续时间足够长，那么这些细菌就会被完
全分解成二氧化碳（ＣＯ２ ）、水（Ｈ２ Ｏ）和其他矿物物质。
曾炽涛［２０］ 等人研究了ＴｉＯ２ 光催化剂对大肠杆菌的杀
菌作用。试验用紫外灯照射涂有ＴｉＯ２ 光催化剂的弹
簧状玻璃载体上。结果显示，当光照时间＜１５ ｍｉｎ 时，
光催化灭菌速度较慢，与纯紫外灯杀菌速度相近；当光
照时间≥１５ ｍｉｎ 时，光催化杀菌速度明显加快，直至大
肠杆菌全部被杀死。肖刚［２１］ 设计制备了壳聚糖／ＴｉＯ２
生物亲和复合光催化抗菌介质，然后分别进行Ｆｅ３ ＋渗
杂和纳米银改性，并由此获得了壳聚糖／Ｆｅ －ＴｉＯ２ 抗
菌涂层和壳聚糖／ＴｉＯ２ ／ＡｇＮＰｓ 生物亲和复合介质两种
可见光响应生物亲和复合光催化抗菌介质。在可见光
作用下，两种材料对细菌、真菌、霉菌均有良好的抗菌
效果。
2．3 防雾和自清洁
ＴｉＯ２ 的光致超亲水性有着十分广泛的应用，最典
型的例子是光催化防护材料和自清洁建筑材料。一方
面，由于ＴｉＯ２ 薄膜的超亲水性，当水附着在其表面时，
不再是以水滴的形态，而是在其表面形成一层水膜。
与水滴不同，水膜不会造成光的散射，从而有效起到了
防雾的作用［２２］ 。ＴｉＯ２ 的防雾性能被广泛应用于防雾
镜和防雾玻璃的制作。另一方面，相比于其他物质，
ＴｉＯ２ 薄膜与水的亲和性最好，因此当包括油脂在内的
其他物质附着在其表面时，很容易用水冲洗去除。因
此，该特性常常被应用于建筑外墙和自清洁玻璃的制
作。特别是对于临近道路的建筑，由于汽车尾气中含
有油性成分，其外墙及玻璃幕墙很容易粘附油性物质
而难以清洗。而ＴｉＯ２ 自清洁材料正好可有效地解决
这一问题。
国内外已有许多专家学者对ＴｉＯ２ 材料防雾性和
自清洁性进行了研究，并且在许多国家已经实现了产
业化。Ｅｕｖａｎａｎｏｎｔ［２３］ 等人采用将溶胶－凝胶前驱体沉
积在玻璃表面的方法制成光催化玻璃，由于ＴｉＯ２ 的光
致亲水性和光催化氧化效应，玻璃具有良好的自清洁
功能。马铭［２４］ 等人采用喷雾热解法制备ＴｉＯ２ 薄膜，
试验中大部分样品呈现很好的亲水性。当前驱体流量
７ 万方数据
水电与新能源２０１８ 年第７ 期
为５ ｍＬ／ｍｉｎ、气压为０．２０ ＭＰａ、基板温度为５５０℃、保
温１０ ｍｉｎ 条件下超亲水性能最佳。孙喜莲［２５］ 采用溶
胶－凝胶法制备了聚乙二醇（ＰＥＧ２０００）改性ＴｉＯ２ 薄
膜，且随着ＰＥＧ２０００ 添加量的增加，薄膜孔径和孔隙
率都增大，薄膜的透射率增大，光催化活性和亲水性能
均得以提高。Ｙａｎｆｅｎｇ Ｃｈｅｎ［２６］ 等通过溶胶凝胶法在透
明玻璃板表面制备了相分离的多孔ＺｎＯ／ＴｉＯ２ 复合薄
膜。试验结果显示，ＺｎＯ 的添加增强了ＴｉＯ２ 薄膜的超
亲水性。日本率先将光催化自清洁玻璃投入生产，现
已得到充分发展。如日本ＴＯＴＯ 公司［２７］ 于１９９４ 年生
产出具有光催化性能的涂料，将其喷涂于玻璃表面，制
成了光催化玻璃具有自清洁功能。英国皮尔金顿玻璃
公司成功创建了光催化自清洁玻璃品牌“Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ
Ａｃｔｉｖ”，并将其推广到欧美市场。随后，法国、美国也
相继推出了自清洁玻璃品牌。
３ 大坝混凝土的特点
相比于城市清水混凝土，大坝混凝土在外观、材
料、工作条件方面都有较大的差别。
１）就大坝混凝土材料本身而言，由于大坝体积巨
大，为了减小温度应力和方便施工，常在不同部位使用
不同种类、等级、配合比、龄期的混凝土。因此大坝各
部位混凝土不同，不同时期浇筑的混凝土质量也不尽
相同。同时在施工过程中，模板表面不平整、模板拼接
处有缝隙等问题，使得大坝混凝土表面远不如城市清
水混凝土平整精致。且由于大坝外表面积大，高差达
上百米，保护施工和清洗维护工作难以进行。
２）就大坝所处环境而言：一方面由于水利工程的
特殊性，大坝选址一般在偏远山区河谷，外部环境较城
市要恶劣得多，大坝长期受阳光照射、雨雪及风浪冲
刷，外部环境严酷；另一方面，大坝建成后长期挡水，由
于混凝土为非均质多孔结构，在上下游水头差的作用
下，其内部存在运动相对稳定的渗流场，湿度较大。再
加上阳光照射、温度变化、汛期泄洪等使河道水分蒸发
雾化，进一步增加大了大坝湿度。潮湿的环境给了一
些低等生物尤其是苔藓植物良好的生长环境。苔藓植
物在大坝表面繁殖、生长、死亡会使得其表面发黄发
黑，大大影响了大坝表面的耐候性和美观性。
当今越来越重视人与自然和谐问题，大坝也不再
局限于满足兴利除害、蓄能发电即可。大坝越来越多
的与自然景色相结合，形成大坝风景区，这对大坝的美
观性有了更多的要求。对大坝混凝土保护材料的现有
研究虽然已涉及了开裂、碳化、耐久性、耐候性等问题，
并取得一定成果，但对于大坝混凝土表面的防污美观
问题，还没有合适的解决方法。
４ 光催化材料应用于大坝混凝土防护
的展望
考虑到ＴｉＯ２ 光催化材料的光催化氧化性和光致
亲水性，如果将光催化涂料应用到大坝表面混凝土的
防护上，可解决面临的问题。一方面，利用ＴｉＯ２ 的光
催化氧化性，可使大坝表面混凝土具有除菌、降解水中
有机物的功能，从而减少大坝表面苔藓等低等生物的
生长；另一方面，利用其超亲水性，可达到自清洁的效
果，从而减少大坝清洗周期，降低维护费用。同时光催
化材料还能隔离紫外线，有效防止混凝土材料老化，提
高其耐候性。光催化材料已大量运用于城市建材中，
而在水利行业仍处于试验阶段。目前，国内已经开展
了相关试验，并取得一定的成果。国家大坝安全技术
研究中心［２８］ 就光催化材料在大坝表面混凝土保护上
的应用作了研究，并在湖北陆山水库３ 号混凝土大坝
进行了现场试验。试验中先对混凝土表面预处理，并
在其表面涂覆密封固化剂使其封闭，最后涂覆改良后
的光催化ＴｉＯ２ 涂料，形成了配套施工工艺。试验结果
表明：大坝混凝土光催化自洁净保护材料具有施工简
单、自洁净效果持久、效果明显等优点。介于大坝混凝
土的特殊性，若将光催化材料运用到大坝混凝土防护
上，以下问题仍需进一步探究。
１）涂料的涂覆工艺问题。大坝表面远比城市清
水混凝土粗糙，且在上下游水位差作用下，大坝内部存
在渗流场，下游坝面会有水渗漏，这都给光催化剂的涂
覆施工增加难度，同时极大降低光催化的效果。因此
对混凝土的预处理方法，光催化剂的涂覆方式、涂覆量
等方面还要做进一步的探究，从而形成配套的施工工
艺和施工规范。
２）涂料耐久性问题。现有的光催化涂料主要应
用于城市建筑外墙、内墙、镜子、玻璃、灯罩等方面，这
些事物处于城市街道旁或是室内等比较温和的外界环
境中，对涂料耐候性要求不高。相比之下大坝所处环
境十分恶劣，其表面材料长期受到水流冲刷、干湿循
环、温度变化等作用，若直接将现有的光催化材料应用
在大坝混凝土的表面，那么随时间推移必然会存在老
化剥离的问题。因此，如何提高涂料耐候性，使其适应
户外恶劣环境，还需要进一步的研究。
８ 万方数据
刘绍彦，等：光催化材料及其在大坝混凝土中的应用展望２０１８ 年７ 月
３）涂料改性问题。光催化反应可利用光源为紫
外光，若直接在可见光环境下使用，其光催化性能不能
得到充分利用。另外，由于大坝体积大，大坝不同部位
受光照时长也不同，需要对现有光催化涂料进行改性，
提高其光敏程度和持续作用时间。现已有学者对
ＴｉＯ２ 可见光催化进行了研究并取得了一定成果。王
泽岩［２９］ 等首次将卤化银材料应用于光催化领域，利用
离子交换和光还原法制备出等离子体光催化材料。该
材料在整个可见光区域表现出强烈的光吸收性能，和
光催化性能，极大提高了光催化效率。但由于大坝混
凝土的特殊性和施工的局限性，现有的可见光催化剂
是否适用于大坝混凝土、充分发挥光催化效果仍需要
进一步的研究。
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