高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料及其產(chǎn)品的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，包括光催化劑復(fù)合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水；所述光催化劑復(fù)合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導(dǎo)電填料組成。將原料物質(zhì)制成漿料，再將料漿經(jīng)過澆筑、高溫高濕養(yǎng)護(hù)成型等工藝制得面磚和外墻掛板。產(chǎn)品的檢測結(jié)果表明：抗彎極限強(qiáng)度為25～30MPa，抗壓極限強(qiáng)度為150～200MPa，抗沖擊強(qiáng)度為15～20kJ/m2，光催化劑的吸收帶紅移至600nm的可見光區(qū)，對1mg/L的羅丹明水溶液經(jīng)光照6h后的降解率達(dá)到85～90%，表明產(chǎn)品具有很高的力學(xué)強(qiáng)度和能夠利用可見光進(jìn)行光催化分解污染物的能力。
【專利說明】高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料及其產(chǎn)品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化水泥基復(fù)合漿料領(lǐng)域，尤其是一種高強(qiáng)度、可見光引發(fā)光催化水泥基復(fù)合漿料及其產(chǎn)品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前建筑領(lǐng)域使用較多的是中等強(qiáng)度普通水泥基材料，實(shí)現(xiàn)水泥基材料的高強(qiáng)化具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。另外，隨著環(huán)境污染日益加劇，環(huán)境保護(hù)也是建材行業(yè)面臨的重要課題，通過將水泥基材料改進(jìn)為具有光催化功能、開發(fā)出在可見光下能分解環(huán)境中的污染物并具有自潔作用的水泥基材已引起人們的廣泛興趣。
[0003]有關(guān)高強(qiáng)度水泥基材料的報(bào)道和專利已有不少，包括添加功能性材料，改進(jìn)水泥基材料制作成型工藝等。CN100532314C公開了一種高強(qiáng)度低吸水率水泥基板材漿料及其制備方法，該技術(shù)利用漿料自密實(shí)活性粉末混凝土的技術(shù)直接澆鑄成厚度為幾毫米到十幾毫米的板材，由水泥、硅灰、石英粉、砂、減水劑、防開裂劑和水按一定配比組合而成。制作的產(chǎn)品密實(shí)，吸水率小于2 %，大大低于目前市場上的各種纖維增強(qiáng)水泥板材(約20 % )，抗折強(qiáng)度可以通過增強(qiáng)纖維的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)?！段錆h理工大學(xué)學(xué)報(bào)》2001年第11期23卷報(bào)道了RPC高性能水泥基復(fù)合材料的研究，通過試驗(yàn)闡述了 RPC-活性粉末混凝土配制過程中對漿體流動(dòng)度和硬化體強(qiáng)度的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上得到了 RPC配合比，并對其性能進(jìn)行了測試，得出RPC水泥基材料能顯著提高混凝土強(qiáng)度。
[0004]有關(guān)光催化水泥基材料也有不少報(bào)道，其依據(jù)是通過摻雜過渡金屬、稀土元素和非金屬元素等方法對TiO2進(jìn)行改性，以提高它的光催化活性和利用可見光(波長大于400nm))作為光源，降低處理成本。JP2003286063公開了一種在水泥基材料中加入納米TiO2應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)是將光催化二氧化鈦微粒負(fù)載在沸石或二氧化硅多孔材料上，與其它水硬性材料等材料配制。由于氮氧化物氧化后生成硝酸，該方法多用于多雨地區(qū)，且對光照的要求比較嚴(yán)格?！豆δ懿牧稀?013年第5期44卷報(bào)道了摻雜N、La改性TiO2的研究，討論了 N、La共摻雜對TiO2晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜了 N、La的TiO2晶格發(fā)生了畸變，提高了體系中八面體偶極矩，N、La共摻雜在可見光區(qū)產(chǎn)生了明顯的光吸收，提高了 TiO2的光催化性能。CN200910154677.x公開了一種水泥基材料用納米光催化外加劑的制備方法，該技術(shù)制備工藝簡單，制作的水泥基材料用納米光催化外加劑是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體光催化材料，具有一定的光催化活性，而且無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)廉，廣泛應(yīng)用于廢氣和廢水處理。但由于TiO2半導(dǎo)體只能吸收波長小于387nm的紫外光才能發(fā)揮催化作用 而不能吸收可見光(波長大于400nm)，致使該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。
[0005]但既具有高強(qiáng)度、又具有可見光引發(fā)的光催化水泥基復(fù)合材料及其產(chǎn)品未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，由其制備的產(chǎn)品不僅具有高強(qiáng)度力學(xué)性能、并在可見光下具有光催化活性而使水和大氣中的有機(jī)污染物分解，起到提高建筑物質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的作用。
[0007]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明涉及的內(nèi)容如下:
一種高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，包括光催化劑復(fù)合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水；
所述光催化劑復(fù)合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導(dǎo)電填料組成，改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2與活性炭和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)；
所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2經(jīng)Fe離子轟擊注入改性得到；
所述稀土元素與N共摻雜TiO2中稀土元素與N和TiO2的質(zhì)量比為(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
[0008]所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2于加速電壓50kv、轟擊劑量I X IO1Vcm2的離子注入機(jī)中轟擊15~30min得到。
[0009]所述稀土元素與N共摻雜TiO2的制備方法如下:
①將鈦酸四丁酯滴加到無水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，攪拌得到A液，其中鈦酸四丁酯:無水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上為質(zhì)量比；
②將尿素、鹽酸胍或者硝酸銨中的一種與RE(NO3)3.6H20—起溶于無水乙醇和去離子水中得到B液，式中RE選自Nd、Gd、Sm中一種；其中尿素、鹽酸胍或者硝酸銨與RE(N03)3*6H20和無水乙醇以及去離子水的質(zhì)量比為(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)；
③將A液滴加至B液中，攪拌得到稀土元素與N共摻雜TiO2溶膠；
I將溶膠靜置，待其形成凝膠后以3°c /min的升溫速度升溫至300~700°C，然后保溫I~5h,研磨得到稀土元素與N共摻雜TiO2。
[0010]所述光催化劑復(fù)合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水的質(zhì)量百分比如下:
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于包括光催化劑復(fù)合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水； 所述光催化劑復(fù)合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導(dǎo)電填料組成，改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2與活性炭和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)； 所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2經(jīng)Fe離子轟擊注入改性得到； 所述稀土元素與N共摻雜TiO2中稀土元素與N和TiO2的質(zhì)量比為(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2于加速電壓50kv、轟擊劑量I X IO16/cm2的離子注入機(jī)中轟擊15~30min得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述稀土元素與N共摻雜TiO2的制備方法如下: ①將鈦酸四丁酯滴加到無水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，攪拌得到A液，其中鈦酸四丁酯:無水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上為質(zhì)量比； ②將尿素、鹽酸胍或者硝酸銨中的一種與RE(NO3)3.6H20—起溶于無水乙醇和去離子水中得到B液，式中RE選自Nd、Gd、Sm中一種；其中尿素、鹽酸胍或者硝酸銨與RE(N03)3*6H20和無水乙醇以及去離子水的質(zhì)量比為(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)； ③將A液滴加至B液中，攪拌得到稀土元素與N共摻雜TiO2溶膠； X將溶膠靜置，待其形成凝膠后以3°c /min的升溫速度升溫至300~700°C，然后保溫I~5h,研磨得到稀土元素與N共摻雜TiO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述光催化劑復(fù)合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水的質(zhì)量百分比如下: 光催化劑復(fù)合體I~5%水泥25~50% 骨料0.1~10% 活性混合料10~40% 聚合物添加劑0.1-8% 纖維0.5~5% 減水劑0.1~10%水15~25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述活性炭選自木質(zhì)活性炭、果殼活性炭、礦物原料活性炭中的一種或兩種以上任意混合，活性炭的顆粒細(xì)度為100~150目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述導(dǎo)電填料選自聚苯胺、超細(xì)石墨、超細(xì)鎳粉中的一種或兩種以上任意混合，導(dǎo)電填料的顆粒細(xì)度為.2000 ~3000 目。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述聚合物添加劑選自取代度為0.70-0.85的交聯(lián)羧甲基纖維素、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一種或兩種以上任意混合；丙烯酸乳液、苯丙乳液的乳液固含量均為30%~50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述活性混合料選自硅灰、超細(xì)硅粉、偏高嶺土中的一種或兩種以上任意混合；活性混合料顆粒細(xì)度為.1000-2000 目。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料，其特征在于所述纖維的直徑為3~5μηι、長5~10_ ;所述纖維選自鋼纖維、碳纖維、耐堿玻璃纖維中的一種或兩種以上任意混合。
10.采用上述任一權(quán)利要求所述的高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料制備產(chǎn)品的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)漿料制備； (2)澆筑成型； (3)養(yǎng)護(hù):在溫度為70~90°C、濕度RH為85~95%的條件下養(yǎng)護(hù)24h，然后在自然條件下灑水養(yǎng)護(hù)3-5天即得到復(fù)合水泥基產(chǎn)品。
【文檔編號】C04B28/00GK103833285SQ201410079241
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】孔德雙, 劉志斌, 谷昌軍, 孔令仁, 許升 申請人:江蘇高淳陶瓷實(shí)業(yè)有限公司