一種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種納米光催化建筑材料，具體涉及復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年我國(guó)廣大地區(qū)頻遭霧霾天氣污染，嚴(yán)重危害人民健康。對(duì)霧霾天氣的綜合治理，從技術(shù)層面主要是嚴(yán)格控制機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)排放、原煤燃燒和揚(yáng)塵等污染源，但現(xiàn)階段還達(dá)不到零排放。對(duì)已直接排入大氣中的污染物，如氮氧化物(ΝΟχ)、二氧化硫(S02)、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)和細(xì)顆粒物(PM2.5)等，目前尚無(wú)有效的大范圍技術(shù)治理措施。研究發(fā)現(xiàn)納米半導(dǎo)體材料有一種光催化特性，能在紫外線光的照射下產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化還原能力，同各種有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)。目前這一技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于室內(nèi)的空氣凈化領(lǐng)域，對(duì)于室外空氣的凈化問(wèn)題尚處于探索研究階段。以水泥、集料(石子、沙)和水為主要原料，經(jīng)攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)等工藝生產(chǎn)的，未配置鋼筋的混凝土路面磚，按結(jié)構(gòu)主要分帶面層和通體兩大類，目前正廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外城市化建設(shè)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有治理室外空氣污染技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能有效凈化室外空氣的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚，為綜合治理霧霾污染探索一條新的技術(shù)途徑。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:以鈦酸鹽為二氧化鈦(T1O2)光催化劑的前驅(qū)體，分別采用物理粉碎法和化學(xué)溶膠-凝膠法兩種制備工藝，由混凝土路面磚的面層部分作為載體，分別在面層的內(nèi)部和表面使用不同的負(fù)載方法:摻加法和噴涂法，形成復(fù)合型的!^:^納米級(jí)(1-1OOnm)基本單元:即零維(微粒)和二維(薄膜)，制成具有自動(dòng)降解空氣中的N0x、S02和VOC的混凝土路面磚，用于鋪裝城市道路人行道、廣場(chǎng)或其它地面。
[0005]—種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，它的步驟如下:
(1)制備主體層料和面層料，所述主體層料由水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石組成，其水、水泥、中砂與碎石的質(zhì)量比為0.5:1:1.8:3.6，將水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石混合攪拌均勻;所述面層料的制備方法如下:在水中加入T1O2納米微粒，攪拌生成膠體，然后將膠體、42.5普通硅酸鹽水泥和中砂混合攪拌均勻并陳化10分鐘，所述水與T1O2納米微粒的質(zhì)量比為0.05-0.2:1，所述膠體、水泥與中砂的質(zhì)量比為0.5:1:2.6;
(2)先將面層料倒入模具，再倒入主體層料，然后擠壓成型，脫模后面層朝上自然凝結(jié)2-3h；
(3)以水泥漿作粘結(jié)劑，在面層料上噴涂鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠在面層料上形成薄膜，在清潔、室溫下的環(huán)境中陳化7-10天，得到混凝土路面磚胚體；
(4)將混凝土路面磚胚體放入干燥爐中，干燥爐升溫至80-120°C，保溫30min后取出自然冷卻，再置入焙燒爐中，以2-3°C/min速率升溫至400-450°C進(jìn)行焙燒，焙燒氣氛為氬氣或空氣，保溫Ih后取出自然冷卻，得到復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚。
[0006]所述步驟(I)中，中砂的粒徑為0.25-0.5mm，碎石的粒徑為15mm以下。
[0007]所述步驟(2)中，模具的長(zhǎng)X寬X厚=250mmX 250mm X 60mm，主體層料與面層料的厚度比為8-9:1。
[0008]所述步驟(3)中，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠的制備步驟如下:以鈦酸四丁酯作前驅(qū)體，乙醇和水作溶劑，乙酰丙酮和鹽酸作抑制劑，鈦酸四丁酯、乙醇、乙酰丙酮、鹽酸與水的物質(zhì)的量之比為1:16:2:0.4:3，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇中，然后加入乙酰丙酮、鹽酸和水，攪拌后得到鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠。
[0009]所述步驟(3)中，薄膜的厚度為50-100nm。
[00?0]所述復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的厚度為50-60 mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚具有催化凈化空氣中污染物和硬化美化路面的綜合功能。它在一個(gè)載體上復(fù)合負(fù)載著納米的兩種基本單元，分布密度大，總表面積大，催化反應(yīng)的速率和效率就高。在光催化降解實(shí)驗(yàn)中，污染物濃度由0.998mg/m3降至0.719mg/m3，20分鐘內(nèi)降解率達(dá)到27.7%。至100分鐘時(shí)，光解率達(dá)到44.7%。反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)毒性的氧化產(chǎn)物，使絕對(duì)毒性減小。T1O2化學(xué)穩(wěn)定性高、無(wú)毒、成本低。在混凝土路面磚日久磨損時(shí)，里層的光催化劑顯現(xiàn)出來(lái)，仍能基本保持原有的功能。納米薄膜有超親水特性，因此本發(fā)明還有一定的自潔功能，每遇城市環(huán)衛(wèi)車灑水或下雨時(shí)，易于清除混凝土路面磚表面塵污。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，除可廣泛應(yīng)用于城市道路和地面建設(shè)夕卜，也可應(yīng)用于公路兩側(cè)的護(hù)坡修筑，同樣起到凈化機(jī)動(dòng)車尾氣的作用。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
一種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，它的步驟如下:
(1)制備主體層料和面層料，所述主體層料由水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石組成，中砂的粒徑為0.25 mm,碎石的粒徑為15mm以下，其水、水泥、中砂與碎石的質(zhì)量比為
0.5:1:1.8:3.6，將水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石混合攪拌均勻;所述面層料的制備方法如下:在水中加入T1O2納米微粒，攪拌生成膠體，然后將膠體、42.5普通硅酸鹽水泥和中砂混合攪拌均勻并陳化10分鐘，所述水與T1O2納米微粒的質(zhì)量比為0.05-0.2:1，所述膠體、水泥與中砂的質(zhì)量比為0.5:1:2.6;
(2)先將面層料倒入模具，再倒入主體層料，然后擠壓成型，脫模后面層朝上自然凝結(jié)2-3h，模具的長(zhǎng)X寬X厚=250mm X 250mm X 60mm，主體層料與面層料的厚度比為8:1 ；
(3)以水泥漿作粘結(jié)劑，在面層料上噴涂鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠在面層料上形成薄膜，薄膜的厚度為50-100nm，在清潔、室溫下的環(huán)境中陳化7-10天，得到混凝土路面磚胚體，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠的制備步驟如下:以鈦酸四丁酯作前驅(qū)體，乙醇和水作溶劑，乙酰丙酮和鹽酸作抑制劑，鈦酸四丁酯、乙醇、乙酰丙酮、鹽酸與水的物質(zhì)的量之比為1:16:2:0.4:3，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇中，然后加入乙酰丙酮、鹽酸和水，攪拌后得到鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠；
(4)將混凝土路面磚胚體放入干燥爐中，干燥爐升溫至80-120°C，保溫30min后取出自然冷卻，再置入焙燒爐中，以2-3°C/min速率升溫至400-450°C進(jìn)行焙燒，焙燒氣氛為氬氣或空氣，保溫Ih后取出自然冷卻，得到復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚，厚度為50 mm。
[0013] 實(shí)施例2
一種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，它的步驟如下:
(1)制備主體層料和面層料，所述主體層料由水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石組成，中砂的粒徑為0.5mm，碎石的粒徑為15mm以下，其水、水泥、中砂與碎石的質(zhì)量比為0.5:1:1.8:3.6,將水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石混合攪拌均勻;所述面層料的制備方法如下:在水中加入T12納米微粒，攪拌生成膠體，然后將膠體、42.5普通硅酸鹽水泥和中砂混合攪拌均勻并陳化10分鐘，所述水與T1O2納米微粒的質(zhì)量比為0.05-0.2:1，所述膠體、水泥與中砂的質(zhì)量比為0.5:1:2.6;
(2)先將面層料倒入模具，再倒入主體層料，然后擠壓成型，脫模后面層朝上自然凝結(jié)2-3h，模具的長(zhǎng)X寬X厚=250mm X 250mm X 60mm，主體層料與面層料的厚度比為9:1 ；
(3)以水泥漿作粘結(jié)劑，在面層料上噴涂鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠在面層料上形成薄膜，薄膜的厚度為50-100nm，在清潔、室溫下的環(huán)境中陳化7-10天，得到混凝土路面磚胚體，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠的制備步驟如下:以鈦酸四丁酯作前驅(qū)體，乙醇和水作溶劑，乙酰丙酮和鹽酸作抑制劑，鈦酸四丁酯、乙醇、乙酰丙酮、鹽酸與水的物質(zhì)的量之比為1:16:2:0.4:3，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇中，然后加入乙酰丙酮、鹽酸和水，攪拌后得到鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠；
(4)將混凝土路面磚胚體放入干燥爐中，干燥爐升溫至80-120°C，保溫30min后取出自然冷卻，再置入焙燒爐中，以2-3°C/min速率升溫至400-450°C進(jìn)行焙燒，焙燒氣氛為氬氣或空氣，保溫Ih后取出自然冷卻，得到復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚，厚度為60 _。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于，它的步驟如下: (1)制備主體層料和面層料，所述主體層料由水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石組成，其水、水泥、中砂與碎石的質(zhì)量比為0.5:1:1.8:3.6，將水、42.5普通硅酸鹽水泥、中砂和碎石混合攪拌均勻;所述面層料的制備方法如下:在水中加入T1O2納米微粒，攪拌生成膠體，然后將膠體、42.5普通硅酸鹽水泥和中砂混合攪拌均勻并陳化10分鐘，所述水與T1O2納米微粒的質(zhì)量比為0.05-0.2:1，所述膠體、水泥與中砂的質(zhì)量比為0.5:1:2.6; (2)先將面層料倒入模具，再倒入主體層料，然后擠壓成型，脫模后面層朝上自然凝結(jié)2-3h； (3)以水泥漿作粘結(jié)劑，在面層料上噴涂鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠在面層料上形成薄膜，在清潔、室溫下的環(huán)境中陳化7-10天，得到混凝土路面磚胚體； (4)將混凝土路面磚胚體放入干燥爐中，干燥爐升溫至80-120V，保溫30min后取出自然冷卻，再置入焙燒爐中，以2-3°C/min速率升溫至400-450°C進(jìn)行焙燒，焙燒氣氛為氬氣或空氣，保溫Ih后取出自然冷卻，得到復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，中砂的粒徑為0.25-0.5mm，碎石的粒徑為15mm以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，模具的長(zhǎng)X寬X厚=250mmX250mmX60mm，主體層料與面層料的厚度比為8-9:lo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠的制備步驟如下:以鈦酸四丁酯作前驅(qū)體，乙醇和水作溶劑，乙酰丙酮和鹽酸作抑制劑，鈦酸四丁酯、乙醇、乙酰丙酮、鹽酸與水的物質(zhì)的量之比為1:16:2:0.4:3，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇中，然后加入乙酰丙酮、鹽酸和水，攪拌后得到鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，薄膜的厚度為50-100nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，其特征在于:所述復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的厚度為50-60 mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚的制備方法，它的步驟如下：（1）制備主體層料和面層料；（2）先將面層料倒入模具，再倒入主體層料，然后擠壓成型，脫模后面層朝上自然凝結(jié)2-3h；（3）以水泥漿作粘結(jié)劑，在面層料上噴涂鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠，鈦酸鹽前驅(qū)體溶膠在面層料上形成薄膜，在清潔、室溫下的環(huán)境中陳化7-10天，得到混凝土路面磚胚體；（4）將混凝土路面磚胚體放入干燥爐中，得到復(fù)合型納米光催化混凝土路面磚。本發(fā)明在光催化降解實(shí)驗(yàn)中，污染物濃度由0.998mg/m3降至0.719mg/m3，20分鐘內(nèi)降解率達(dá)到27.7%。
【IPC分類】C04B41/50, C04B14/30, C04B28/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105669135
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610065242
【發(fā)明人】王雯璐
【申請(qǐng)人】河南工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日