專利名稱：一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚及其制備方法，屬于建筑材料領域。
背景技術：
目前生產銷售的或人們正在致力研究的透水磚大多數(shù)都只注重提高其機械強度及透水性能，這些透水磚雖然具有整潔美觀和防塵的作用，且在一定程度上緩解城市內澇， 補充城市地下水，調節(jié)城市環(huán)境，但它們只是簡單的使降水透過磚體滲入地下，不能有效去除水中所含污染物，對透過磚體的污水起不到凈化作用。另外還有許多粘附在磚面上的像口香糖這樣的各種污染物無法使用清掃工具清除，透水磚孔隙極易被降水中所攜帶的一些污染物堵塞，從而影響透水磚透水功能和壽命。為解決這些問題，有研究報道將二氧化鈦摻雜于透水磚原料，以期利用二氧化鈦的光催化降解功能凈化滲入透過磚的污水，但摻雜二氧化鈦制備的透水磚，絕大部分都是將二氧化鈦埋在透水磚基體中，這樣降低了部分二氧化鈦與光線照射的作用，從而造成浪費、增加成本；同時二氧化鈦的粒度和透水磚原料粒度的差別，也導致二氧化鈦分布不均勻或者二氧化鈦被包覆而影響二氧化鈦的功效。本發(fā)明將銳鈦礦型納米二氧化鈦鑲嵌于透水磚孔隙中，二氧化鈦用量少而節(jié)約成本，且鑲嵌牢固、 耐磨實用，提高二氧化鈦的利用率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚，該透水磚能夠有效光催化降解通過透水磚的滲水中污染物以及一些附著于磚體表面有機污染物，同時還可以光催化降解空氣中部分污染氣體。本發(fā)明解決問題的技術方案是一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚，所述鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的孔隙中鑲嵌銳鈦礦型納米二氧化鈦。本發(fā)明的另一目的是提供一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其工藝步驟如下采用噴淋的方式將二氧化鈦前驅體懸濁液噴入到透水磚基體的孔隙中，干燥后在 480 510°C下進行煅燒處理，處理時間10 30min。本發(fā)明所述制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，所述透水磚基體配方優(yōu)選以固體廢棄物糖濾泥為成孔劑，有機木纖維為輔助成孔劑，粉煤灰為主要添加料，粘土為粘結劑的透水磚，其由質量百分比如下的原料組成糖濾泥20 35%，粉煤灰25 35%，有機木纖維粉末3 7%，粘土 25 35%。制備工藝步驟如下按比例稱取粒徑100 160目的糖濾泥，100 140目的粉煤灰，8 100目的有機木纖維粉末和100 180目的粘土 ；將稱量好的各種原料放入滾筒球磨機球磨1. 5 池，使原料各組分充分混合；將混合料取出，噴水潤濕造粒后進行陳腐處理，用壓磚機在15 20MPa成型壓力下將造粒的坯料壓制成磚坯；將磚坯在40 80°C溫度下烘干2 池或自然晾曬風干，然后將其在電阻爐中燒結處理，控制升溫過程，在燒結溫度為1060°C 1070°C保溫20 30min后隨爐冷卻即得透水磚基體。
本發(fā)明所述噴水潤濕造粒后進行陳腐處理應理解指向混合料噴水潤濕，用水量為混合料絕干質量的13% 16%，使各種原料粘連成細小的球狀顆粒，然后將其置于陰涼處或密閉容器內堆放1 進行陳腐。本發(fā)明所述制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其二氧化鈦前驅體懸濁液的制備包含微乳液和前驅體制備的步驟，其中，微乳液制備所用原料優(yōu)選SpanSO與TweeMO 的混合液或Span80與OP-IO的混合液。①選用SpanSO與TweeMO的混合液為原料制備二氧化鈦前驅體懸濁液，其工藝如下a.微乳液的制備將Span80與TweeMO按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g，攪拌IOmin制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 8mol/L的硫酸氧鈦水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B。b.前驅體的制備強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh，得到白色半透明乳液，陳化后離心分離取沉淀物，將沉淀物以去離子水洗滌，然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。上述方法①的反應原理是Ti0S04+2NH3· H2O — TiO2 · H2O I + (NH4) 2S04。②選用SpanSO與0P-10的混合液為原料制備二氧化鈦前驅體懸濁液，其工藝如下a.將Span80與0P-10按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g，攪拌5min 制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 6mol/L的TiCl4水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B ；b.前驅體的制備強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh，得到白色半透明乳液，陳化后離心分離取沉淀物，將沉淀物以去離子水洗滌，然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。上述方法②的反應原理是TiCl4+4NH3· H2O — TiO2 · 2H20 丨 +4NH4C1應理解上述①和②方法的步驟b所述強烈攪拌指攪拌槳轉速480r/min;所述離心分離指以4500r/min的離心速度離心分離30min。本發(fā)明所述制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法的原理為鈦鹽水溶液在堿性環(huán)境中水解生成二氧化鈦水合物，即二氧化鈦前驅體，其在煅燒過程中脫水并發(fā)生晶型轉變生成具有高催化活性的銳鈦礦型納米二氧化鈦，并同時鑲嵌于透水磚孔隙。發(fā)明的有益效果是鑲嵌銳鈦礦型納米二氧化鈦的透水磚的生產和應用解決了固體廢棄物的處理問題，保護了日益減少的粘土資源，豐富和完善了納米材料與基體材料的連接技術。透水磚的光催化降解功能不但有效改善透過磚體滲入地下的水質，還可有效防止磚體孔隙被堵塞，延長了磚體透水壽命。


本發(fā)明附圖6幅，圖1為實施例1所制二氧化鈦的XRD圖；圖2為實施例2所制二氧化鈦的XRD圖3為實施例1所制透水磚基體的XRD圖；圖4為實施例2所制透水磚基體的XRD圖；圖5為實施例1所制鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的斷面SEM圖；圖6為實施例2所制鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的斷面SEM圖。
具體實施例方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例11.透水磚基體的制備稱取原料按質量百分比稱取下列組分粒徑100 160目的糖濾泥30%，100 140目的粉煤灰；35%，8 100目的有機木纖維粉末5%，100 180目的粘土 30%。將原料放入滾筒球磨機球磨池，使原料各組分充分混合后將形成的混合料取出， 噴水潤濕造粒后進行陳腐處理；用壓磚機在15MI^成型壓力下將料壓制成磚坯，將磚坯在 80°C溫度下烘干2h，然后將其在電阻爐燒結處理。升溫過程①室溫 50(TC，升溫速率 60C /min ；② 500°C 950°C，升溫速率 2°C /min ；③ 950°C 1060°C，升溫速率 1°C /min。最高溫度為1060°C，保溫30min后透水磚隨爐冷卻。圖3所示為透水磚基體的XRD圖，從圖中可以看出透水磚基體的主要晶相為鈣長石、莫來石和方石英晶體。2. 二氧化鈦前驅體懸濁液的制備a.將Span80與0P-10按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g，攪拌5min 制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 6mol/L的TiCl4水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B ；b.前驅體的制備強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh，得到白色半透明乳液，陳化一段時間后將其以4500r/min的離心速度離心分離30min取沉淀物。將沉淀物以去離子水洗滌3次，得到二氧化鈦前驅體，然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。3.鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的制備采用噴淋的方式將二氧化鈦前驅體懸濁液均勻噴入到透水磚孔隙中，干燥處理后將透水磚在無定形態(tài)二氧化鈦向銳鈦礦型晶相轉變的溫度范圍510°C下進行煅燒處理，處理時間20min，使懸濁液中固體顆粒主要成分TW2 · 2H20脫水后轉化成銳鈦礦型納米二氧化鈦并均勻鑲嵌在透水磚孔隙中。圖1所示為二氧化鈦的XRD圖，從圖中可以看出所形成的二氧化鈦為銳鈦礦型晶相。圖5所示為所制鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的斷面SEM圖，從圖中可以看出磚體內部存在三維貫通孔結構以及組成磚體的一些晶狀物，貫通孔結構可保證透水磚良好的透水性能，晶狀物賦予磚體高的強度。實施例21.透水磚基體的制備稱取原料按質量百分比稱取下列組分粒徑100 160目的糖濾泥35%，100 140目的粉煤灰32%，8 100目的有機木纖維粉末3%，100 180目的粘土 30%。將原料放入滾筒球磨機球磨1. 5h,使原料各組分充分混合均勻后將形成的混合料取出，噴水潤濕造粒后進行陳腐處理。用壓磚機在20MPa成型壓力下將料壓制成磚坯，將磚坯40°C溫度下烘干池，然后將其在電阻爐燒結處理。升溫過程①室溫 80(TC，升溫速率 60C /min ；② 800°C 1000°C，升溫速率 2°C /min ；③ 1000°C 1070°C，升溫速率 1°C /min ； 最高溫度1070°C，保溫20min后透水磚隨爐冷卻。圖4所示為為透水磚基體的XRD圖，從圖中可以看出透水磚基體的主要晶相為鈣長石、莫來石和方石英晶體。2. 二氧化鈦前驅體懸濁液的制備微乳液的制備a.微乳液的制備將Span80與TweeMO按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g，攪拌IOmin制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 8mol/L的硫酸氧鈦水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B。強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh， 得到白色半透明乳液，陳化一段時間后將其以4500r/min的離心速度離心分離30min取沉淀物。將沉淀物以去離子水洗滌3次，得到二氧化鈦前驅體，然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。3.鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的制備采用噴淋的方式將二氧化鈦前驅體懸濁液均勻噴入到透水磚孔隙中，干燥處理后將透水磚在無定形態(tài)二氧化鈦向銳鈦礦型晶相轉變的溫度范圍480°C下進行煅燒處理，處理時間30min。使懸濁液中固體顆粒主要成分TW2 · H2O脫水后轉化成銳鈦礦型納米二氧化鈦并均勻鑲嵌在透水磚孔隙中。圖2所示為二氧化鈦的XRD圖，從圖中可以看出所形成的二氧化鈦為銳鈦礦型晶相。圖6所示為所制鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的斷面SEM圖，從圖中可以看出磚體內部存在三維貫通孔結構以及組成磚體的一些晶狀物，貫通孔結構可保證透水磚良好的透水性能，晶狀物賦予磚體高的強度。
權利要求
1.一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚，其特征在于所述鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的孔隙中鑲嵌銳鈦礦型納米二氧化鈦。
2.一種制備如權利要求1所述的鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 采用噴淋的方式將二氧化鈦前驅體懸濁液噴入到透水磚基體的孔隙中，干燥后在480 510°C下進行煅燒處理，處理時間10 30min。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 所述透水磚基體的制備方法，其透水磚基體的配方由糖濾泥、粉煤灰、有機木纖維粉末、粘土組成，各組分質量百分比如下糖濾泥20 35%，粉煤灰25 35%，有機木纖維粉末 3 7%，粘土 25 35%。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 所述透水磚基體的制備方法的工藝步驟如下a.備料按比例稱取粒徑100 160目的糖濾泥，100 140目的粉煤灰，8 100目的有機木纖維粉末和100 180目的粘土，將稱量好的各種原料放入滾筒球磨機球磨1. 5 2h，使原料各組分充分混合形成配合料；b.制坯將配合料取出，噴水潤濕造粒后進行陳腐處理，15 20MI^下將造粒的坯料壓制成磚坯；c.燒結將磚坯在40 80°C溫度下烘干2 池或自然晾曬風干，然后在電阻爐中燒結處理，控制升溫過程，在1060°C 1070°C保溫20 30min后隨爐冷卻即得透水磚基體。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 所述二氧化鈦前驅體懸濁液的制備包括微乳液和前驅體制備的步驟，所述微乳液制備所用原料包括Span80與Tween40的混合液或Span80與0P-10的混合液。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 所述二氧化鈦前驅體懸濁液的制備的工藝步驟如下a.微乳液的制備將Span80與TweeMO按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g 的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g， 攪拌IOmin制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 8mol/L的硫酸氧鈦水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B ；b.前驅體的制備強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh，得到白色半透明乳液，陳化后離心分離取沉淀物，將沉淀物以去離子水洗滌， 然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種制備鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚的方法，其特征在于 所述二氧化鈦前驅體懸濁液的制備的工藝步驟如下a.將Span80與0P-10按質量比8 2組成的的混合液IOg加入到50g的環(huán)己烷中，攪拌30min，分成體積相同的兩份，向其中一份加入濃度為3mol/L的氨水10g，攪拌5min制得乳液A ；另一份加入濃度為0. 6mol/L的TiCl4水溶液10g，攪拌IOmin制得乳液B ；b.前驅體的制備強烈攪拌下將乳液A以3mL/min的滴速滴加到乳液B中，滴加完畢后攪拌反應lh，得到白色半透明乳液，陳化后離心分離取沉淀物，將沉淀物以去離子水洗滌， 然后將沉淀物與水混合攪拌成懸濁液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚及其制備方法，屬于建筑材料領域。本發(fā)明采用噴淋的方式將二氧化鈦前驅體懸濁液均勻噴入到透水磚基體的孔隙中，干燥后進行煅燒處理，處理10～30min即得鑲嵌納米二氧化鈦的透水磚，所得的透水磚的孔隙中均勻鑲嵌銳鈦礦型納米二氧化鈦。該透水磚能夠有效光催化降解通過透水磚的滲水中污染物以及一些附著于磚體表面有機污染物，同時還可以光催化降解空氣中部分污染氣體。
文檔編號B28B3/00GK102535725SQ20121003670
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者劉建波, 張益斌, 張轉運, 李秀蘭, 王明, 荊揚揚, 賈興新, 錢超, 高東東, 高文元, 高鵬博 申請人:大連工業(yè)大學