一种混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土 |
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| 申请号 | CN201710478842.1 | 申请日 | 2017-06-22 | 公开(公告)号 | CN107235747A | 公开(公告)日 | 2017-10-10 |
| 申请人 | 盐城工学院; | 发明人 | 奚新国; 田浩; 董鹏玉; 蔡星; 吕洪杰; 高欣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 混凝土 光催化浆料及可去除NOx的混凝土，涉及 建筑材料 领域。该混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂和有机分散剂，光催化剂为纳米TiO2，有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷 酮 、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇或十二烷基苯磺酸，其能够有效去除 汽车 尾气，光催化效果佳。该可去除NOx的混凝土包括混凝土基质和上述浆料，其光催化活性佳，有效提高光催化去除NOx效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混凝土光催化浆料，其特征在于，其有效成分包括光催化剂和有机分散剂，所述光催化剂为纳米TiO2，所述有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇或十二烷基苯磺酸。 |
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| 说明书全文 | 一种混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土技术领域背景技术[0002] 随着社会的发展环境污染问题越发严重，呈现出范围大、难防范、危害重等特点。针对这些环境问题，早期的研究主要集中在废水治理上。然而目前，道路交通和工业生产造成的空气污染也成为了大城市或城市地区的主要问题之一。尽管加大了排放控制要求和增加了减排系统的安装，空气污染特别是来自于柴油发动机污染物一氧化氮(NO)在未来仍将是一个严重的问题。而现有的光催化混凝土的通过光催化除去一氧化氮性能较弱且光催化混凝土的光催化活性持续时间较短，无法满足实际使用的需求。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种二氧化钛光催化浆料，其可以有效光催化去除NO，环保无污染。 [0004] 本发明的另一目的在于提供一种可去除NOx的混凝土，其绿色环保，可有效光催化去除NO，环保无污染，可长效保持光催化活性，有效提高光催化效率。 [0005] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 [0006] 本发明提出一种混凝土光催化浆料，其有效成分包括光催化剂和有机分散剂，光催化剂为纳米TiO2，有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇或十二烷基苯磺酸。 [0007] 本发明提出一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质与上述浆料。 [0008] 本发明实施例的一种混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土的有益效果是：通过分散剂使光催化剂与混凝土混合均匀，同时通过分散剂与光催化剂的合理配比，以及分散剂的优化选择，有效提高光催化效果，防止纳米光催化剂的团聚。该混凝土光催化浆料绿色安全，该可去除NOx的混凝土的光催化效率高，对于NO去除率为57％以上。附图说明 [0009] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0010] 图1是试验例提供的不同分散剂以及粘结剂的分散性以及稳定性观测图； [0012] 图2(b)是试验例提供的水玻璃与TiO2光催化剂混合后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图； [0013] 图2(c)试验例提供的将TiO2光催化剂使用SDS进行分散后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图； [0014] 图2(d)试验例提供的将TiO2光催化剂使用CTAB进行分散后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图； [0015] 图3为试验例提供的四种样品的NO去除的浓度变化折线图； [0016] 图4为试验例提供的四种样品的打磨前后的NO转化率比较图。 具体实施方式[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0018] 下面对本发明实施例的混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土进行具体说明。 [0019] 多相光催化是一种实现氮氧化物减排的很有前途的方法。在紫外线的存在下，存在于材料表面的光催化剂被激活，使空气中污染物被光催化氧化。光催化剂应用于建筑材料不光能够降低大气中的氮氧化物等污染物，还能使混凝土提高自洁性能。但光催化混凝土光催化活性较低。 [0020] 优选地，本发明提供混凝土光催化浆料，其有效成分包括光催化剂和有机分散剂，使光催化剂与混凝土充分混合，在有机分散剂的作用下，使光催化剂充分、均匀地与混凝土结合，有效提高光催化反应效率。 [0021] 其中本发明中，光催化剂为纳米TiO2，具体为三维结构的纳米TiO2，光催化性能佳，可去除NOx，NOx包括NO和NO2等，需要说明的是，本发明较佳的实施例中，以NO为代表进行叙述。具体地，本发明中通过溶胶凝胶法制备纳米TiO2。 [0022] 更优选地，本发明较佳的实施例中，光催化剂在浆料中的浓度为7-15g/L，例如光催化剂在浆料中的浓度为7g/L、9g/L、13g/L或14g/L等，更优选地，光催化剂在浆料中的浓度为10g/L，光处理效果佳，且不浪费光催化剂。 [0023] 有机分散剂的种类很多，有机分散剂可以为阴离子型分散剂、阳离子型分散剂及非离子型分散剂，例如，本实施例中，有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇或十二烷基苯磺酸等等。更优选地，本实施例中有机分散剂包括十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠，光催化剂在其中分散效果佳，防止纳米TiO2光催化剂团聚，影响光催化效率。 [0024] 其中，十六烷基三甲基溴化铵(SDS)，又名西曲溴铵或溴棕三甲基铵，是一种阳离子表面活性剂，为白色微晶粉末，溶于水，易溶于乙醇，微溶于丙酮，几乎不溶于乙醚和苯。十二烷基硫酸钠(CTAB)，白色或淡黄色粉状，溶于水，对碱和硬水不敏感。具有去污、乳化和优异的发泡力，是一种无毒的阴离子表面活性剂。需注意，二者不可混用。 [0025] 更优选地，上述有机分散剂在浆料中的浓度为25-45g/L，使光催化剂在混凝土光催化浆料中充分分散，且稳定性佳，同时防止有机分散剂浓度过高浪费有机分散剂，以及影响混凝土光催化浆料的性能。 [0026] 由于有机分散剂的渗透性较弱，且混凝土不耐磨，因此含有混凝土光催化浆料的混凝土的使用寿命较短，因此，优选混凝土光催化浆料还包括粘结剂，有效提高耐久性。 [0027] 粘结剂为硅丙乳液、硅烷偶联剂或水玻璃中的至少一种。例如粘结剂可以为硅烷偶联剂或硅丙乳液，还可以为水玻璃等，有效提高耐久性。 [0028] 其中，硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。水玻璃为硅酸钠的水溶液。 [0029] 本发明较佳的实施例中，优选地，粘结剂为硅烷偶联剂，更优选地，粘结剂为硅烷偶联剂KH-550，并且粘结剂在浆料中的体积分数为0.2-1％，粘结性更佳，其为氨基偶联剂，广泛运用于促进无机和有机高分子材料的粘结。 [0030] 本发明提供的可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和上述混凝土光催化浆料，2 由于混凝土具有空隙，因此优选上述混凝土光催化浆料按0.35-0.5g/m 的添加量喷涂于混凝土基质的表面，喷涂完毕静置使混凝土光催化浆料干涸，将混凝土光催化浆料均匀负载于混凝土基质的表面，降低制作成本。 [0031] 混凝土基质从新浇筑后在养护7天时进行喷涂光催化浆料的效果更佳，但考虑到现实生活中的很多混凝土道路都已建筑完成，新增的道路有限，并且已有的道路众多，若均在养护期间进行喷涂加工，是不可能将路面从新浇筑后在养护7天时进行喷涂光催化浆料。因此，优选混凝土成型固化完全后进行的喷涂。 [0033] 为了进一步提高耐久性光催化混凝土的耐磨性、以及提高光催化效率，混凝土基质还可以视实际需求添加玻璃颗粒，优选地，玻璃颗粒与水泥的重量比为7-15：450-500，例如玻璃颗粒与水泥的重量比为7：500，或玻璃颗粒与水泥的重量比为15：450，或玻璃颗粒与水泥的重量比为13：475，或玻璃颗粒与水泥的重量比为14：480等。玻璃颗粒的粒径小于2mm。玻璃颗粒一方面可以反射光线，另一方面普通玻璃的成分主要成分为二氧化硅SiO2，有效提高耐磨性。 [0034] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。 [0035] 实施例1 [0036] 一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和混凝土光催化浆料，混凝土光催化浆料按0.44g/m2的添加量喷涂于混凝土基质的表面。 [0037] 其中，混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂和有机分散剂，光催化剂是在浆料中的浓度为10g/L的纳米TiO2，有机分散剂包括在浆料中的浓度为30g/L的十六烷基三甲基溴化铵。混凝土基质包括重量比依次为476：200：550：1224的水泥、水、砂和碎石。 [0038] 实施例2 [0039] 一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和混凝土光催化浆料，混凝土光催化浆料按0.5g/m2的添加量喷涂于混凝土基质的表面。 [0040] 其中，混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂和有机分散剂，光催化剂是在浆料中的浓度为10g/L的纳米TiO2纳米线，有机分散剂包括在浆料中的浓度为25g/L的十二烷基硫酸钠。混凝土基质包括重量比依次为450：180：500：1300的水泥、水、砂和碎石。 [0041] 实施例3 [0042] 一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和混凝土光催化浆料，混凝土光催化浆料按0.5g/m2的添加量喷涂于混凝土基质的表面。 [0043] 其中，混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、有机分散剂和粘结剂，光催化剂是在浆料中的浓度为15g/L的纳米TiO2，有机分散剂包括在浆料中的浓度为45g/L的十二烷基硫酸钠，粘结剂为在浆料中的体积分数为0.8％的偶联剂KH-550。混凝土基质包括重量比依次为500：240：600：1300的水泥、水、砂和碎石。 [0044] 实施例4 [0045] 一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和混凝土光催化浆料，混凝土光催化浆料按0.4g/m2的添加量喷涂于混凝土基质的表面。 [0046] 其中，混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、有机分散剂和粘结剂，光催化剂为在浆料中的浓度为13g/L的纳米TiO2，有机分散剂包括在浆料中的浓度为35g/L的十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠，粘结剂为在浆料中的体积分数为1％的偶联剂KH-550。混凝土基质包括重量比依次为480：220：570：1200：的水泥、水、砂和碎石。 [0047] 实施例5 [0048] 一种可去除NOx的混凝土，其包括混凝土基质和混凝土光催化浆料，混凝土光催化浆料按0.35g/m2的添加量喷涂于混凝土基质的表面。 [0049] 其中，混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、有机分散剂和粘结剂，光催化剂为在浆料中的浓度为14g/L的纳米TiO2，有机分散剂包括在浆料中的浓度为44g/L的十六烷基三甲基溴化铵，粘结剂为在浆料中的体积分数为0.2％的偶联剂KH-550。混凝土基质包括重量比依次为480：220：550：1230的水泥、水、砂和碎石。 [0050] 试验例 [0051] 1、由于纳米黑色TiO2颗粒呈现黑色，分散后静置完成的溶液色差较为分明。因此采用纳米黑色TiO2与机分散剂和粘结剂搭配，进行分散性以及稳定性试验。其中有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以及乙二醇(EG)，粘结剂包括模数分别为1、2、3的水玻璃(Na2SiO3·9H2O)，以及硅烷偶联剂(YSiX3)、聚乙烯醇(PVA)以及乙二胺四乙酸(EDTA)，然后将等量的纳米黑色TiO2分别加入到各溶液中超声搅拌1h，静止观察比较分散性以及稳定性。结果如图1所示。 [0052] 从图1中可以看出刚超声搅拌后的十一组样品状态相近都分散较为均匀。在静置1h后不同样品之间已经产生了较大差别，PVP、SDS、CTAB、EG、硅烷偶联剂和水玻璃分散的浆料溶液基本保持原样，而其他的分散后的光催化剂浆料已发生明显沉淀。在静置12h后，作为粘结剂的硅烷偶联剂和水玻璃也发生明显沉淀。而PVP、SDS、CTAB和EG作为分散剂的浆料溶液出现了沉淀现象，但仍然保持着较好的分散效果。当静置1d后，PVP、SDS、CTAB和EG分散的浆料还有一定的颜色，其中SDS和CTAB分散的浆料黑色相比较与其他两种较深，说明这两种分散剂分散效果最佳。 [0053] 2、制备硅烷偶联剂与光催化剂混合喷涂混凝土基质后的样品，模数为1的水玻璃与TiO2光催化剂混合喷涂混凝土基质后的样品，TiO2光催化剂使用SDS进行分散后喷涂混凝土后的样品，以及TiO2光催化剂使用CTAB进行分散后喷涂混凝土后的样品，使用背散射扫描电子显微镜对上述四种样品的表面进行了表面形貌分析，结果如图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)所示。 [0054] 图2(a)是硅烷偶联剂与TiO2光催化剂混合后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图，从图2(a)可以看出硅烷偶联剂分散的光催化剂在混凝土表面分布不均匀，存在大片的空白区域，主要是因为硅烷偶联剂的分散性较差。 [0055] 图2(b)是硅酸钠的水溶液，模数为1的水玻璃与TiO2光催化剂混合后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图2(b)可以看出水玻璃TiO2混凝土表面有一层较为致密的膜。 [0056] 图2(c)将TiO2光催化剂使用SDS进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图2(c)可以看出SDS分散的光催化浆料微观分布较为均匀，表面有一层明显的浅白色覆盖薄层。 [0057] 图2(d)将TiO2光催化剂使用CTAB进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图2(d)可以看出CTAB分散效果相比于SDS更好，且喷涂后的实际效果也是远远比SDS分散效果好。 [0058] 3、实时监测上述四种样品的NO去除的浓度变化，并根据对NO去除的浓度变化做折线图，如图3所示。 [0059] 从图3可以看出在未进行光照时，由于混凝土试块的孔隙及光催化剂的吸附，NO浓度在70分钟后才达到了吸附脱附平衡状态。进行紫外线光照后，作为分散剂的SDS和CTAB所制备而成的光催化混凝土的NO去除效率较高，NO去除率分别为57.9％和57.2％，而作为粘结剂的两种光催化混凝土的NO去除率相对较低。 [0060] 4、将上述四种样品通过金相预磨机进行打磨，比较打磨前后的NO转化率，结果如图4所示。 [0061] 从图3可得，SDS和CTAB所制备而成的光催化混凝土光催化去除NO效果都较好达到了57％左右。 [0062] 打磨后进行NO去除性能测试，发现SDS和CTAB所制备而成的光催化混凝土光催化去除NO还具有30％以上的去除效果，说明了该可去除NOx的混凝土能够持续工作长时间去除汽车尾气。对于目前城市汽车尾气的严重环境污染有十分明显的效果。 [0063] 综上所述，本发明实施例的混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土，该混凝土光催化浆料可以显著光催化去除NO，环保无污染。该可去除NOx的混凝土可保持较佳的光催化活性，有效提高光催化效率。 [0064] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0065] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 |
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