随着我国国民经济发展和隧道建设水平的不断提高,大型公路隧道和城市地下通道数量逐渐增加,由于隧道是半封闭的管状结构,排风不畅,车速较低,导致隧道内的汽车尾气浓度明显高于隧道外,造成严重空气污染,危害司乘人员健康。目前隧道主要采用通风设备等物理方法来排除、稀释汽车尾气,难以达到化学方法实质性降解的作用。本文研发一种用于沥青路面并适应隧道光照环境条件的复合光催化剂,赋予沥青路面吸附并降解汽车尾气功能,对提高隧道内及其出口附近空气质量具有重要意义。首先,本文基于流体动力学理论分析不同行车工况下隧道内汽车尾气浓度分布规律,重点研究路表附近汽车尾气浓度梯度分布规律,为研发具有光催化功能的沥青路面提供理论依据。计算结果表明,汽车怠速或行驶工况下,汽车尾气短时间内贴近路表逐渐向周围扩散,且向隧道两侧扩散尤为明显,这为以沥青路面为载体吸附并降解汽车尾气提供了有利条件。其次,本文采用溶胶-凝胶法制备了Fe³⁺掺杂纳米TiO₂,表征了不同Fe³⁺掺量的光催化剂表观形貌、表面化学成分、电子能带结构、光学性能等。结果发现,Fe³⁺掺杂降低了TiO₂费米能级,减小了光学能带间隙,吸收带边发生明显红移,对可见光吸收显著增强;同时,Fe³⁺掺杂导致TiO₂晶格畸变形成陷阱捕获光生电子,降低了电子-空穴对复合率,加快了空穴与电子的界面传递反应,提高了TiO₂光催化性能;并采用本文研发的汽车尾气净化测试系统研究了不同Fe³⁺掺量的TiO₂对尾气的降解效果,确定合适的Fe³⁺掺量。然后,以具有强吸附性的椰壳活性炭颗粒作为吸附载体,基于溶胶-凝胶法负载纳米TiO₂,制备AC/TiO₂复合光催化剂。采用扫描电镜、能谱分析仪、BET比表面积与孔径分布仪等研究了不同负载次数的复合光催化剂的表观形貌、活性炭孔隙分布及吸附性能等。结果表明,活性炭表面官能团和独特的孔结构提高了纳米TiO₂表面污染物浓度,充分发挥活性炭吸附性能和纳米TiO₂光催化性能的协同效应,提高了光催化降解效率,使活性炭孔隙可原位再生;通过尾气降解试验并结合表征分析结果确定了活性炭负载纳米TiO₂合适次数和负载率。最后,把AC/TiO₂复合光催化剂作为细集料添加到OGFC沥青混合料中制备掺入式光催化型沥青路面试件进行尾气降解和各项路用性能试验研究。结果发现,光催化降解效率随着复合光催化剂掺量的增加而提高,不同掺量的复合光催化剂对沥青混合料路用性能影响很小;作为对比研究,把不同掺量的纳米TiO₂添加到水泥砂浆中,灌注OGFC沥青混合料试件孔隙中,制备光催化型半柔性路面试件。研究发现,水泥砂浆负载TiO₂提高了半柔性路面的光催化效能和路用性能,光催化剂在半柔性路面中应用具有较好的可行性。本文研究为基于隧道路面载体吸附并降解汽车尾气,净化隧道交通环境,减少汽车尾气对司乘人员健康危害提供了新思路和理论依据。