TiO?改性水泥砂浆的光催化活性、力学性能机器学习预测及生命周期评价

《Scientific Reports》：Multifunctional TiO?-modified cement mortar: experimental investigation, machine learning prediction, and life cycle assessment

　　

摘要

TiO?改性水泥砂浆是一种多功能建筑材料，可同时提升力学性能和环境修复能力。本研究对掺入0–12 wt% TiO?的水泥砂浆的光催化活性、抗压强度、机器学习预测及生命周期评价进行了系统研究。通过在可见光照射下对活性蓝19（RB19）染料的降解来评估光催化性能，同时利用SEM、XRD和FTIR分析对材料进行表征。建立了随机森林（RF）和极端梯度提升（XGBoost）模型来预测染料去除效率和抗压强度。光催化效率随TiO?含量增加而提高，在TiO?含量为10 wt%时，60 min内RB19去除率达87.13%。酸性条件有利于染料降解，而较高的染料浓度则降低了去除效率。掺入6 wt% TiO?时，28天抗压强度提高至23.4 MPa，较对照组提升12.3%。微观结构分析为在6 wt% TiO?下观察到的强度提升提供了定性支持。XGBoost模型预测精度最高，染料去除率和抗压强度的测试R²值分别为0.96和0.92。生命周期评价结果显示，水泥生产是主要的环境热点，而TiO?主要贡献于酸化和颗粒物形成。研究结果表明，TiO?改性水泥砂浆作为一种可持续的多功能建筑材料具有巨大潜力。