CN101591195A - 一种纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法,所述纳米光催化透水混凝土制品由如下方法制备得到:将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,于质量浓度2~10%的纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,取出养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品;本发明有益效果主要体现在:(1)与密实混凝土相比,纳米光催化透水混凝土制品与污染气体或液体之间具有更大的接触面积,光催化效率高,可用于空气净化处理或水处理;(2)与P25相比,采用P25掺氮纳米二氧化钛粉体具有更高光催化降解NOX效率。

Description

一种纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法。
(二)背景技术
自1972年Fujishima等发现受辐射的TiO2表面能发生水的持续氧化还原反应以来,利用光催化反应原理消除和降解污染物已成为其中最活跃的一个研究方向。作为光催化剂,TiO2因其高活性、安全、价廉、无污染等优点备受人们的青睐。近年来人们对纳米TiO2以及纳米管、纳米线等的研究更为这一领域注入了新的活力,研究表明,粒径小于15nm的TiO2颗粒具有明显的表面效应和量子效应,在光作用下表现出超常的氧化和还原能力,光催化效率大大提高。
纳米TiO2的晶型结构、比表面积、表面形貌以及化学位势等都直接影响其光催化活性,本发明申请人在中国专利申请200810121845.0公开了一种掺氮改性纳米二氧化钛粉体的制备方法,将纳米二氧化钛进行掺氮处理后,一方面可提高二氧化钛的光催化效率,另一方面可拓展其光响应波长,大幅度提高光催化性能。
然而,采用纳米TiO2悬浮相光催化剂存在易失活、易团聚和难以回收等缺点,不适合流动体系,严重限制了在水处理和空气净化等方面的应用和发展,因此,近年来负载型纳米TiO2光催化剂的研究引起了人们的广泛重视。
随现代经济高速发展,大气污染已成为严重影响人类生存质量的关键问题,其中汽车尾气污染是城市大气的主要污染源,已占整个城市空气污染的60%,甚至高达90%。目前世界各国在提高汽车制造技术方面均开展了大量研究,以期降低尾气中有害物质的含量,即所谓一次净化,取得了显著进展。然而,由于汽车绝对数量的显著增加,汽车尾气排放的有害气体总量仍相当巨大,汽车尾气导致的空气污染控制与治理技术已成为必须高度重视的领域。
汽车尾气的排放主要在0.3米至2米之间,因此,直接将光催化技术应用于路面材料中,制备光催化空气净化路面材料,利用TiO2的光催化活性将汽车尾气中的氮氧化物、二氧化硫等转化为硝酸、硫酸,将成为一种具有广泛应用前景的技术手段。沥青混合料是目前城市道路中应用最广泛的路面材料,然而,沥青混合料对汽车尾气中氮氧化物等有害气体的吸附性差,导致沥青混合料负载纳米TiO2的光催化空气净化效果很差。以水泥混凝土作为纳米TiO2的光催化载体是一种较好的选择。目前国外普遍采用内掺法在混凝土中引入纳米TiO2,但在水泥水化硬化过程中,大量纳米TiO2颗粒被水泥水化产物包裹,无法发挥其光催化作用,造成很大浪费。国内东南大学采用纳米TiO2分散液对养护至一定龄期的水泥混凝土路面进行喷洒处理,利用水泥水化产物的粘附作用使纳米TiO2颗粒附着于混凝土内部孔隙表面,在一定程度上减少了对纳米颗粒的浪费。然而,为保证路面强度和耐磨性,通常采用的水泥混凝土载体密实度高,内表面积小,载体表面光催化剂与污染空气的接触面积小,接触时间短,导致纳米光催化混凝土材料光催化效率及其长效性均较差。
(三)发明内容
为解决现有技术中密实混凝土载体内表面积小,混凝土表面光催化剂与污染空气的接触面积小,接触时间短,纳米光催化混凝土材料光催化效率和长效性较差的技术难题,本发明将纳米光催化技术应用于人行道用混凝土路面砖中,提供了一种载体内表面积大,光催化剂与污染空气接触面积大,接触时间长,因而具有良好光催化性能和长效性的纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法,并对原有的光催化技术进行相应的改性处理,增强其可见光激发率和光量子产生率,同时提高其光催化性能及其在碱性条件下的稳定性和长效性,最终形成可以在太阳光条件下减轻甚至消除有害污染物的纳米光催化透水混凝土路面砖制备技术。
本发明采用的技术方案是:
一种纳米光催化透水混凝土制品,由如下方法制备得到:将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,于质量浓度2~10%的纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min进行表面处理,可全部浸没,也可只浸没混凝土制品上表层(裸露于空气中的部分),处理后取出按常规方法养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品;所述纳米TiO2分散液制备方法如下:将计量的纳米TiO2和质量为纳米TiO2质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液,所述纳米TiO2为锐钛矿型纳米TiO2(P25)、掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2或其混合,所述分散剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种。所述的掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体及其制备方法在在先申请200810121845.0中已有详细介绍,此处不再赘述。本领域技术人员也可按照其他方法对锐钛矿型纳米TiO2粉体进行掺氮改性。
混凝土的凝结与硬化是由于水泥水化反应的结果。为使已浇筑的混凝土能获得所要求的物理力学性能,在混凝土浇筑后的初期,采取一定的工艺措施,建立适当的水化反应条件的工作,称为混凝土的养护。
根据混凝土在养护过程中所处温度和湿度条件的不同,混凝土的养护一般可分为标准养护、自然养护和热养护。混凝土在温度为20±3℃和相对湿度为90%以上的潮湿环境或水中的条件下进行的养护称为标准养护;在自然气候条件下,对混凝土采取相应的保湿、保温等措施所进行的养护称为自然养护;为了加速混凝土的硬化过程,对混凝土进行加热处理,将其置于较高温度条件下进行硬化的养护称为热养护。
本发明中混凝土的养护是指自然养护,一般采用覆盖浇水养护形式,覆盖浇水养护是在混凝土表面覆盖吸湿材料,采取人工浇水或蓄水措施,使混凝土表面保持潮湿状态的一种养护方法。所用的覆盖材料应具有较强的吸水保湿能力,常用的有麻袋、帆布、草帘、芒席、锯末等。开始覆盖和浇水的时间一般在混凝土浇注完毕后3~12h内进行,浇水次数以使混凝土保持湿润为准,养护用水应与拌制用水相同。
透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土,它不含细骨料,由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构,故具有透气、透水和重量轻的特点。透水混凝土的制备在本领域已是比较成熟技术,本领域技术人员可根据实际需要进行制备。
优选的,本发明中,所述透水混凝土由水泥、单粒级骨料、水和减水剂按质量比1∶3.0~5.0∶0.2~0.3∶0.005~0.025经拌合后压制成型;所述单粒级骨料为天然砂或石英砂,级配为0.3~0.6mm、0.6~0.18mm、1.18~2.36mm、2.36~4.75mm中的一种;所述减水剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种。
优选的,所述透水混凝土可由底层和面层构成,进行表面处理时只需将面层部分置于下方浸没在纳米TiO2分散液中即可,面层厚度0.8~1.2mm,底层厚度根据实际需要确定,底层原料为质量比为1∶3.0~4.0∶0.20~0.27∶0.005~0.02的水泥、人工砂、水和减水剂,面层原料为质量比1∶3.5~5.0∶0.25~0.30∶0.005~0.025的水泥、石英砂、水和减水剂,所述人工砂级配为1.18~2.36mm、2.36~4.75mm中的一种,所述石英砂级配为0.3~0.6mm、0.6~0.18mm、1.18~2.36mm中的一种。
本发明还涉及制备所述纳米光催化透水混凝土制品的方法,所述方法包括:(1)将计量的纳米TiO2和质量为纳米TiO2质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液;所述纳米TiO2为锐钛矿型纳米TiO2、掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2或其混合;所述分散剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种;(2)将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,置于步骤(1)纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品。
可采用皮带输送机上,将养护1d~7d的透水混凝土输送经过储存有纳米TiO2分散液的储液槽,使透水混凝土制品全部浸泡于纳米TiO2分散液中1~5min后,继续输送至堆存地点堆存。或者,将养护1d~7d的透水混凝土制品翻转,使面层朝下,置于皮带输送机上,输送并经过储存有纳米TiO2分散液的储液槽,使透水混凝土制品面层部分浸泡于纳米TiO2分散液中1~5min后,继续输送至堆存地点堆存。
具体的,所述方法如下:
(1)室温下,将铵盐与锐钛矿型纳米TiO2粉体混合,300~900r/min(优选为500~600r/min)球磨0.5h~4h(优选为1.5h~3h),所述铵盐为氯化铵或硫酸铵,加入量以铵盐中所含N与锐钛矿型纳米TiO2粉体中所含Ti物质的量之比计为1∶4~12(优选为1∶6~10,更优选为1∶8);球磨后的粉体在400~120℃下煅烧1h~8h(优选为500~1000℃煅烧3~6小时,更优选为600℃煅烧5小时),冷却得到掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体;
(2)将计量的掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体和质量为掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液;
(3)将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,置于步骤(1)纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品。
本发明所述的纳米光催化透水混凝土制品及其制备方法的有益效果主要体现在:
(1)与密实混凝土相比,纳米光催化透水混凝土制品与污染气体或液体之间具有更大的接触面积,光催化效率高,可用于空气净化处理或水处理;
(2)与P25相比,采用P25掺氮纳米二氧化钛粉体具有更高光催化降解NOX效率。
(四)附图说明
图1是光催化降解NOx的测试装置图,图中标号如下:1输入气体,2气体流量控制器,3光催化反应器,4模拟太阳光光源,5试样,6输出气体。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
实施例1:掺氮纳米二氧化钛粉体的制备
取100g的锐钛矿型纳米二氧化钛粉体(P25,上海凯茵化工有限公司),并按氮与钛的物质的量比为1∶8取10.34g硫酸铵,混合后装入球磨机内球磨2小时,并将球磨机的转速设置在每分钟500~600转;
将球磨后的粉体放置于马弗炉内,升温到600℃,保温5小时,冷却后即得掺氮纳米二氧化钛粉体,备用。
实施例2:
采用42.5级普通水泥、级配为0.15~4.75mm的满足国家标准要求的天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.5∶1∶0.31∶0.025配制并搅拌得到普通混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm的密实混凝土制品。
采用锐钛矿型纳米TiO2(P25)作为光催化剂,采用SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的2.5%,将计量的P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨1h得到质量浓度为5%的纳米TiO2分散液。
密实混凝土制品养护1d后,采用质量浓度为5%的纳米TiO2分散液对密实混凝土制品的大面(100mm×200mm面)进行浸提处理,浸泡高度为12mm,浸泡时间为2min,浸提后的密实混凝土制品继续养护至28d,将制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h后,采用20W紫外灯作紫外光源,以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表2。
实施例3:
采用42.5级普通水泥、级配为0.3~0.6mm的单粒级天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.0∶1∶0.30∶0.025配制并搅拌得到透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm的透水混凝土制品。
采用锐钛矿型纳米TiO2(P25)作为光催化剂,采用SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的2.5%,将计量的P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨1h得到质量浓度为2%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护1d后,采用质量浓度为2%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面(100mm×200mm面)进行浸提处理,浸泡高度为12mm,浸泡时间为2min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d,将制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h后,采用20W紫外灯作紫外光源,以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表2。
实施例4:
采用42.5级普通水泥、级配为0.6~1.18mm的单粒级天然砂、聚羧酸系高效减水剂和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=4.0∶1∶0.27∶0.005配制并搅拌得到透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm的透水混凝土制品。
采用纳米TiO2(P25)作为光催化剂,聚羧酸系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的0.75%,将计量的P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨2h得到质量浓度为5%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护3d后,采用质量浓度为5%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面进行浸提处理,浸提高度为10mm,浸泡时间为5min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,将制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h后,采用20W紫外灯作紫外光源,以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表2。
实施例5:
采用32.5级普通水泥、级配为1.18~2.36mm的单粒级天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.2∶1∶0.30∶0.0125配制并搅拌得到透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm的透水混凝土制品。
采用纳米TiO2(P25)作为光催化剂,SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的2.0%,将计量的P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨4h得到质量浓度为10%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护7d后,采用质量浓度为10%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面进行浸提处理,浸提高度为10mm,浸泡时间为5min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,将制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h后,采用20W紫外灯作紫外光源,以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表2。
实施例6:
采用42.5级普通水泥、级配为2.36~4.75mm的单粒级人工砂、聚羧酸系高效减水剂和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=5.0∶1∶0.25∶0.01配制并搅拌得到透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm的透水混凝土制品。
采用纳米TiO2(P25)作为光催化剂,氨基磺酸盐系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的2.0%,将计量的P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨2.5h得到质量浓度为7.5%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护3d后,采用质量浓度为5%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面进行浸提处理,浸提高度为8mm,浸泡时间为4min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,将制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h后,采用20W紫外灯作紫外光源,以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表2。
实施例7:
采用42.5级普通水泥、级配为0.3~0.6mm的单粒级天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.0∶1∶0.30∶0.025配制并搅拌得到面层用透水混凝土拌合物,采用42.5级普通水泥、级配为1.18~2.36mm的单粒级人工砂、萘系高效减水剂和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=4.0∶1∶0.27∶0.025配制并搅拌得到底层用透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm,面层厚度为8mm的透水混凝土制品。
采用实施例1制备得到的掺氮改性纳米TiO2作为光催化剂,SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为纳米TiO2质量的2.5%,将计量的掺氮改性P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨1h得到质量浓度为5%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护1d后,采用质量浓度为5%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面面层进行浸提处理,浸提高度为10mm,浸泡时间为3min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,采用图2所示光催化装置,以NOx为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表3。
实施例8:
采用52.5级普通水泥、级配为0.6~1.18mm的单粒级天然砂、聚羧酸系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=4.0∶1∶0.27∶0.015配制并搅拌得到面层用透水混凝土拌合物,采用42.5级普通水泥、级配为2.36~4.75mm的单粒级人工砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=5.0∶1∶0.24∶0.025配制并搅拌得到底层用透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm、面层厚度为12mm的透水混凝土制品。
采用实施例1制备的掺氮改性纳米TiO2作为光催化剂,聚羧酸系高效减水剂为分散剂,分散剂掺量为纳米TiO2质量的0.5%,将计量的掺氮改性P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨3h得到质量浓度为5%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护3d后,采用质量浓度为5%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面面层进行浸提处理,浸提高度为12mm,浸泡时间为3min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,采用图2所示光催化装置,以NOx为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表3。
实施例9:
采用42.5级普通水泥、级配为1.18~2.36mm的单粒级天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.2∶1∶0.30∶0.0125配制并搅拌得到面层用透水混凝土拌合物,采用32.5级普通水泥、级配为2.36~4.75mm的单粒级天然砂、SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=4.5∶1∶0.27∶0.0125配制并搅拌得到底层用透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm、厚度为10mm的透水混凝土制品。
采用掺氮改性纳米TiO2作为光催化剂,SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为纳米TiO2质量的2.0%,将计量的掺氮改性P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨4h得到质量浓度为10%的纳米TiO2分散液。
透水混凝土制品养护7d后,采用质量浓度为10%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面面层进行浸提处理,浸提高度为10mm,浸泡时间为5min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,采用图2所示光催化装置,以NOx为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表3。
实施例10:
采用42.5级普通水泥、级配为1.18~2.36mm的单粒级人工砂、聚羧酸系高效减水剂和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.6∶1∶0.25∶0.01配制并搅拌得到面层用透水混凝土拌合物,采用42.5级普通水泥、级配为2.36~4.75mm的单粒级人工砂、聚羧酸系高效减水剂和水,按骨料∶水泥∶水∶减水剂=3.2∶1∶0.24∶0.01配制并搅拌得到底层用透水混凝土拌合物,经机械压制成型尺寸为60mm×100mm×200mm、厚度为9mm的透水混凝土制品。
采用实施例1制备的掺氮改性纳米TiO2作为光催化剂,SN-II萘系高效减水剂(杭州建工建材有限公司)为分散剂,分散剂掺量为P25质量的10.0%,将计量的掺氮改性P25和分散剂加入水中,搅拌均匀后采用行星球磨机球磨2.5h得到质量浓度为10%的纳米TiO2分散液。透水混凝土制品养护3d后,采用质量浓度为10%的纳米TiO2分散液对透水混凝土制品的大面面层进行浸提处理,浸提高度为9mm,浸泡时间为5min,浸提后的透水混凝土制品继续养护至28d后,采用图2所示光催化装置,以NOx为光催化降解对象,进行光催化降解实验。实验结果见表3。
实施例11:光催化降解亚甲基蓝的测试方法
光催化降解亚甲基蓝的测试实验步骤如下:
(1)配制10mg/L的亚甲基蓝溶液,并分别稀释得到浓度分别为8mg/L、6mg/L、4mg/L、2mg/L、0的亚甲基蓝溶液,用紫外分光光度计测得亚甲基蓝浓度与波长为664nm处的吸光度之间的线性关系,得到标准曲线。
(2)将纳米光催化透水混凝土制品切割成30×50×100mm小试样,切割过程用水进行冷却和冲洗,自然干燥24h;
(3)将10mg/L的亚甲基蓝溶液加入容器,放入待测试样,打开紫外灯进行光催化实验;
(4)光催化一定时间后采用紫外-可见分光光度计测定溶液的吸光度,根据标准曲线推算亚甲基蓝溶液的浓度;
(5)根据亚甲基蓝的浓度变化表征纳米光催化透水混凝土制品的光催化效率为:(初始浓度-光催化一定时间后的浓度)/初始浓度。
实施例12:光催化降解NOx的测试方法
光催化降解NOx的测试仪器配置见图2所示。
输入气体:采用干空气和NO2标准气体的混合气体。
光催化反应器:用玻璃管()用于测定掺纳米TiO2粉体水泥砂浆制品的光催化效率)制成的光催化反应器。在玻璃管的中部用玻璃板玻璃管分成上下二部分,上部盛放试样,并通入混合气体;下部被密封,不通入混合气体。
气体流量控制器:采用美国Fathom公司的气体流量控制器,精度为1%。
光源:采用Philips公司生产的模拟太阳光光源,型号为D65和D50。当型号为D65和D50模拟太阳光光源同时开启时,测得的光强度见表1所示。
表1:模拟太阳光的紫外线光强度
  波长(nm)   254   297   365   420
  光强度(μW/cm2)   4.0-4.5   1.2-1.6   16-19   160-170
试验步骤:
(1)将干空气和NO2标准气体(NO2浓度约为60ppm)按4∶1的比例混合,制得混合气体,并取样测定混合气体的NO2浓度(大约为12ppm)。
(2)将试样放入光催化反应器。当测定掺纳米TiO2粉体的水泥砂浆制品的光催化效率时,将面积为85×160mm的水泥砂浆制品板2块同时放入光催化反应器。
(3)经气体流量控制器将混合气体输入光催化反应器,混合气体流量为80L/h,通气30min以后开启模拟太阳光光源。
(4)经光催化反应后,同时取样测定输入和输出气体的NO2浓度。
(5)根据输入气体和输出气体中NO2浓度,计算可得光催化效率[(输入气体浓度-流出气体浓度)/输入气体浓度]。
表2所示为实施例2~实施例6得到的纳米光催化透水混凝土路面砖对亚甲基蓝的光催化降解效果。由表2可见,采用密实混凝土作为载体时,得到的纳米光催化混凝土制品对亚甲基蓝的光催化效率较低,其24h光催化效率仅为59.6%,但采用透水混凝土制品作为光催化剂载体时,其光催化效率大幅度提高,且其光催化效率随纳米分散液的浓度增大而增加,其24h光催化效率均达70%以上。与采用密实混凝土载体时相比,纳米分散液浓度相同时,采用透水混凝土载体的纳米光催化混凝土制品的光催化效率提高约43.3%左右。
表2:纳米光催化透水混凝土制品对亚甲基蓝的光催化降解效率
试样   纳米TiO2分散液浓度/%   亚甲基蓝初始浓度(mg/L)  24h光催化效率(%)
  实施例2   5   10   59.6
  实施例3   2   10   73.2
  实施例4   5   10   85.4
  实施例5   10   10   96.5
  实施例6   7.5   10   88.4
表3所示为实施例1和实施例7~实施例11得到的纳米光催化透水混凝土路面砖对NOx的光催化降解效果。由表3可见,在实施例11的测试条件下,锐钛矿型纳米TiO2对NOx的光催化效率约为43.8%,掺氮纳米TiO2对NOx的光催化效率则达到58.2%,经掺氮改性后,纳米TiO2的光催化效率有所增强,其提高幅度达32.9%。制备成纳米光催化透水混凝土路面砖后,对NOx的光催化效率进一步增大,且随纳米分散液的浓度增大而增加,其光催化效率可达67.4%以上。
表3:纳米光催化透水混凝土制品对NOx的光催化降解效率
试样   纳米分散液浓度/%   混合气体流量(L/h)   光催化效率(%)
  未负载试样(玻璃板)   /   80   0.4
  P25(玻璃板负载)   /   80   43.8
  实施例1(玻璃板负载)   /   80   58.2
  实施例7   5   80   67.4
  实施例8   5   80   66.2
  实施例9   2   80   60.1
  实施例10   10   80   75.7

Claims (5)

1.一种纳米光催化透水混凝土制品,由如下方法制备得到:将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,于质量浓度2~10%的纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,取出后,养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品;所述纳米TiO2分散液制备方法如下:将计量的纳米TiO2和质量为纳米TiO2质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液,所述纳米TiO2为锐钛矿型纳米TiO2、掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2或其混合,所述分散剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种。
2.如权利要求1所述的纳米光催化透水混凝土制品,其特征在于所述透水混凝土由水泥、单粒级骨料、水和减水剂按质量比1∶3.0~5.0∶0.2~0.3∶0.005~0.025经拌合后压制成型;所述单粒级骨料为天然砂或石英砂,级配为0.3~0.6mm、0.6~0.18mm、1.18~2.36mm、2.36~4.75mm中的一种;所述减水剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种。
3.如权利要求1所述的纳米光催化透水混凝土制品,其特征在于所述透水混凝土由底层和面层构成,面层厚度0.8~1.2mm,底层原料为质量比为1∶3.0~4.0∶0.20~0.27∶0.005~0.02的水泥、人工砂、水和减水剂,面层原料为质量比1∶3.5~5.0∶0.25~0.30∶0.005~0.025的水泥、石英砂、水和减水剂,所述人工砂级配为1.18~2.36mm、2.36~4.75mm中的一种,所述石英砂级配为0.3~0.6mm、0.6~0.18mm、1.18~2.36mm中的一种。
4.制备如权利要求1~3之一所述纳米光催化透水混凝土制品的方法,所述方法包括:(1)将计量的纳米TiO2和质量为纳米TiO2质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液;所述纳米TiO2为锐钛矿型纳米TiO2、掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2或其混合;所述分散剂为萘系减水剂、羧酸系减水剂或氨基磺酸盐系减水剂中的一种;(2)将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,置于步骤(1)纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于所述方法如下:
(1)室温下,将铵盐与锐钛矿型纳米TiO2粉体混合,300~900r/min球磨0.5h~4h,所述铵盐为氯化铵或硫酸铵,加入量以铵盐中所含N与锐钛矿型纳米TiO2粉体中所含Ti物质的量之比计为1∶4~12;球磨后的粉体在400~120℃下煅烧1h~8h,冷却得到掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体;
(2)将计量的掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体和质量为掺氮改性锐钛矿型纳米TiO2粉体质量0.5%~2.5%的分散剂加入水中,搅拌均匀后球磨分散1h~4h,得到纳米TiO2质量浓度为2~10%的纳米TiO2分散液;
(3)将压制成型的透水混凝土养护1d~7d后,置于步骤(1)纳米TiO2分散液中浸渍1min~5min,养护得到所述纳米光催化透水混凝土制品。
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