技术领域
[0001] 本
发明涉及汽车尾气净化领域,公开了一种净化汽车尾气的道路用涂料及制备方法。
背景技术
[0002] 随着我国经济的快高速发展,我国人民生活
水平不断提高,我国的汽车保有量快速增加,现今的社会汽车已成为不可或缺的交通工具,但汽车数量增加的同时,汽车尾气排放对环境造成的污染也越来越严重。汽车尾气的主要成分有CO、NOx、SO2等,其严重危害人们的身体健康和环境
质量。据统计,中国大城市60%的CO、50%的NOx、30%的
碳氢化合物是由汽车排放尾气造成的。目前对汽车尾气污染的主要控制手段有机内控制和机外控制2种形式,其中机外净化主要以光催化降解的方法减少CO、NOx的含量。
[0003] 纳米光催化材料以其良好的光催化活性、化学
稳定性以及可循环利用性,被作为净化空气的新材料。目前普遍是将光催化材料二
氧化
钛以涂覆或掺入二种添加方式应用于
沥青路面材料中,形成可以降解汽车尾气的环保型沥青路面。
[0004] 如上所述目前已有通过使用废气净化催化剂使氮氧化物、
一氧化碳、
氨等还原为氮(N2)和水(H2O)的方法。但由于汽车废气排放速度快,
发动机尾气在
内燃机或排气管道中流通的时间过短;而催化剂往往难以在如此短的时间内发挥出作用,以至于尾气中的毒害气体没有经过预设的化学反应便被排除空气中,又或者净化不够彻底,仍然造成尾气污染。光催化反应属于表面反应,若要催化分解汽车尾气,需将尾气首先
吸附在催化剂颗粒的表面,这些缺点严重制约了光催化技术的实际工业应用。因此,研究能够有效净化汽车尾气的光催化材料,成为热点课题。
[0005] 中国发明
专利申请号201110414880.3公开了一种
硅藻土负载纳米二氧化钛复合粉体材料的制备方法,方法是将
硝酸锌加水搅拌溶解,制成浓度为0.3 0.7mol/L硝酸锌溶~液,加入
硅藻土,硅藻土的质量分数为5 20%,然后缓慢加入浓度为0.2 0.5mol/L的
氨水溶~ ~
液进行反应,最后将反应物过滤、洗涤、干燥和
煅烧,干燥
温度为80 120℃,煅烧温度为350~ ~
700℃,保温时间为1 4h,即得硅藻土负载纳米二氧化钛复合粉体材料。
~
[0006] 中国发明专利申请号201710645928.9公开了一种吸附净化汽车尾气排放物的组合涂料,纳米二氧化钛在紫外光
辐射下产生催化作用,净化空气,消菌杀毒,且纳米二氧化钛和汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物和硫氧化合物反应生成二氧化碳和水,利用纳米负离子粉,释放对人体有益的负离子,利用无色无味的高效冷触媒材料粉末吸附汽车尾气中的固体悬浮颗粒,且祛除甲
醛、苯、
甲苯、TVOC等有害气体,生成水和二氧化碳,利用丙二醇甲醚
醋酸酯增加涂抹性能,提高涂料的附着
力,加快涂膜干结,增大涂膜韧性。
[0007] 根据上述,现有方案中用于汽车尾气净化的光催化剂材料中,将光催化剂负载于高
比表面积的载体上以提升催化效果的方法,存在工艺方法污染较大、负载效果较差的情况。
发明内容
[0008] 目前应用较广的使用废气净化催化剂处理汽车尾气的技术,通常将催化剂负载于高比表面积的载体上以提升催化效果的方法,存在污染较大、光催化剂负载效果不理想的问题,本发明提出了一种净化汽车尾气的道路用涂料及制备方法,可有效解决上述技术问题。
[0009] 为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:一种净化汽车尾气的道路用涂料的制备方法,制备的具体过程为:
(1)将200 500nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉~
末;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行
激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土
焊接负载纳米二氧化钛;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基
纤维素、水性环氧
树脂胶、
膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以600 800r/min的转速~
搅拌40 60min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料。
~
[0010] 二氧化钛是一种常见的光催化材料,而纳米二氧化钛作为一种性能优异的氧化物
半导体材料,粒子尺寸小,比表面积大,具有良好的表面效应、体积效应和量子尺寸效应,在光催化净化汽车尾气中用良好应用前景。另外,由于光催化反应属于表面反应,若要催化分解汽车尾气,需将尾气首先吸附在催化剂颗粒的表面,因此,将光催化剂负载于高比表面积的载体上可以有效提升催化效果,还可改善光催化剂的分散性。目前常用无机天然矿物作为光催化剂载体,其中,硅藻土具有质轻、多孔、相对
密度小的特点,并且硅藻土具有独特的微孔结构,比表面积大,堆密度小,孔体积大,表面被大量硅羟基所
覆盖,可有效吸附汽车尾气进行光催化反应,并且可阻止纳米二氧化钛发生团聚,增强催化活性。作为本发明的优选,步骤(1)所述二氧化钛的质量为硅藻土粉末的40 60%。纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质~量的5%。
[0011] 硅藻土负载纳米二氧化钛的工艺方法通常采用溶胶-凝胶法,不仅工艺复杂,而且负载效果差。与此相比,
激光焊接作为利用高
能量密度的
激光束作为热源的一种高效、精密、无污染的焊接方法,可更好的用于硅藻土负载光催化剂的工艺中。其中,二氧化碳连续激光焊具有输出功率高、转换效率高、光束质量高的优点。因此,本发明选择二氧化碳激光焊接技术,使得高比表面积的硅藻土负载纳米二氧化钛,工艺绿色无污染,生产效率高,负载更牢固,不易脱落。作为本发明的优选,步骤(2)所述保护气体为氮气、氩气、氦气中的一种;所述激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率5 35mW,焊接时间25 1600ns。~ ~
[0012] 优选的,步骤(3)所述水性
环氧树脂胶为固含量48-50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶,其产品
固化后具有优异的耐
碱性、耐水性、高
耐磨性和极好的
附着力。
[0013] 优选的,步骤(3)所述分散剂为聚
羧酸盐分散剂、聚
丙烯酸铵分散剂中的至少一种。
[0014] 优选的,步骤(3)所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、高碳醇
脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯中的至少一种。
[0015] 优选的,步骤(3)中各原料按重量份数计,水30 50份、硅灰石粉7 10份、石灰石8~ ~ ~11份、甲基
纤维素6 9份、水性环氧树脂胶18 22份、膨润土8 11份、分散剂1 1.5份、消泡剂~ ~ ~ ~
0.5 1份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛15 18%。
~ ~
[0016] 由上述方法制备得到的一种净化汽车尾气的道路用涂料,其不但具有工艺无污染的优点,而且纳米二氧化钛在硅藻土表面的负载牢固,不易脱落。
[0017] 本发明提供的一种净化汽车尾气的道路用涂料及制备方法,将纳米二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀;在保护气体存在下,采用激光扫描技术对纳米二氧化钛与硅藻土混合粉末进行焊接,纳米玻璃粉微熔使纳米二氧化钛表面形成互连,与硅藻土载体牢固结合,形成硅藻土负载纳米二氧化钛;将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、固化剂和消泡剂混合均匀后,加入硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,高速搅拌混合均匀,即可。使用时需要配入适量的固化剂,固化剂可以选用市售商品固化剂也可以选用脂肪族多胺、低分子聚酰胺。
[0018] 本发明提供了一种净化汽车尾气的道路用涂料及制备方法,与
现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:1、提出了采用激光焊接工艺制备净化汽车尾气的道路用涂料的方法。
[0019] 2、通过激光焊接的方式使得高比表面积的硅藻土负载纳米二氧化钛,工艺绿色无污染,生产效率高,负载更牢固,不易脱落。
[0020] 3、本发明制得的硅藻土焊接负载纳米氧化分散到道路涂料中用于净化汽车尾气时,可赋予涂料高的吸附能力,可将尾气大量吸附在催化剂颗粒的表面,有效富集有机污染物,因此提高了对尾气的降解效率,拓宽了光催化技术的实际工业应用。
具体实施方式
[0021] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
[0022]
实施例1(1)将平均粒径为300nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉末;二氧化钛的质量为硅藻土粉末的48%;纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质量的5%。;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛;保护气体为氮气;激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率
15mW,焊接时间700ns;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以680r/min的转速搅拌
54min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料;水性环氧树脂胶为固含量
50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶;分散剂为
聚羧酸盐分散剂;消泡剂为聚二甲基硅氧烷;各原料按重量份数计,水45份、硅灰石粉9份、石灰石9份、甲基纤维素7份、水性环氧树脂胶19份、膨润土9份、分散剂1.3份、消泡剂0.7份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛17份。
[0023] 实施例2(1)将平均粒径为300nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉末;二氧化钛的质量为硅藻土粉末的45%;纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质量的5%;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛;保护气体为氩气;激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率
15mW,焊接时间1300ns;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以650r/min的转速搅拌
55min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料;水性环氧树脂胶为固含量
50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶;分散剂为聚丙烯酸铵分散剂;消泡剂为乳化硅油;各原料按重量份数计,水40份、硅灰石粉8份、石灰石9份、甲基纤维素7份、水性环氧树脂胶19份、膨润土9份、分散剂1.2份、消泡剂0.7份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛16份。
[0024] 实施例3(1)将平均粒径为400nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉末;二氧化钛的质量为硅藻土粉末的55%;纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质量的5%;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛;保护气体为氦气;激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率
30mW,焊接时间500ns;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以750r/min的转速搅拌
45min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料;水性环氧树脂胶为固含量
50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶;分散剂为聚羧酸盐分散剂;消泡剂为高碳醇脂肪酸酯复合物;各原料按重量份数计,水50份、硅灰石粉9份、石灰石10份、甲基纤维素8份、水性环氧树脂胶21份、膨润土10份、分散剂1.4份、消泡剂0.8份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛17份。
[0025] 实施例4(1)将平均粒径为250nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉末;二氧化钛的质量为硅藻土粉末的40%;纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质量的5%;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛;保护气体为氮气;激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率5mW,焊接时间1600ns;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以600r/min的转速搅拌
60min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料;水性环氧树脂胶为固含量
50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶;分散剂为聚丙烯酸铵分散剂;消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚;各原料按重量份数计,水50份、硅灰石粉7份、石灰石8份、甲基纤维素6份、水性环氧树脂胶18份、膨润土8份、分散剂1份、消泡剂0.5份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛15份。
[0026] 实施例5(1)将平均粒径为450nm的二氧化钛、纳米玻璃粉加入至硅藻土粉末中,混合均匀,得到混合粉末;二氧化钛的质量为硅藻土粉末的60%;纳米玻璃粉的质量为二氧化钛质量的5%;
(2)在保护气体的存在下,采用激光扫描技术对步骤(1)得到的混合粉末进行激光焊接,使玻璃粉微熔与纳米二氧化钛表面形成互连,并与硅藻土载体牢固结合,得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛;保护气体为氩气;激光焊接采用二氧化碳连续激光焊,激光功率
35mW,焊接时间25ns;
(3)先将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂混合均匀,然后加入步骤(2)得到的硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,以800r/min的转速搅拌
40min,使得各原料混合均匀,即得净化汽车尾气的道路用涂料;水性环氧树脂胶为固含量
50wt%的型号为HyPer WE1051的双酚A型环氧树脂胶;分散剂为聚羧酸盐分散剂;消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚;各原料按重量份数计,水50份、硅灰石粉10份、石灰石11份、甲基纤维素9份、水性环氧树脂胶22份、膨润土11份、分散剂1.5份、消泡剂1份、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛18份。
[0027] 对比例1对比例1与实施例5相比,未采用硅藻土焊接负载纳米二氧化钛,而是直接将纳米二氧化钛与水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、和消泡剂的混合物混合均匀,制得净化汽车尾气的道路用涂料,其他各原料及工艺条件和实施例5相同。
[0028] 性能指标的测试方法为:将实施例1-5、以及对比例1制备的净化汽车尾气的道路用涂料应用于吸收分解模拟路面汽车尾气,步骤如下:
将道路涂料加入涂料质量1%的低分子聚酰胺作为固化剂搅拌均匀,在40cm ×40cm的
混凝土块涂刷厚度1mm的涂层后自然
风干24小时,之后将其置于密闭的系统,模拟通入汽车尾气NO2初始浓度为0.3g/ml,模拟太阳光的紫外线指数为7,进行照射1h,2h、3h测试NO2浓度,衡量催化降解效果,如表1所示。
[0029] 表1:实施例1-5及对比例1所得道路用涂料性能测试结果