CN103613320A - 一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法。所说的路面汽车尾气净化剂是由矿物粘土、改性光催化剂、造孔剂、可在分散乳胶粉和减水剂组成，本发明通过利用多孔陶瓷微粒的制备技术，将改性光催化剂均匀的分散嵌入在多孔陶瓷微粒中，借助多孔陶瓷微粒的吸附、耐磨损、耐老化、耐水洗等优点，即提高了光催化剂的催化效率，也提高了光催化剂添加在水泥路面中的相容性、耐磨性和耐水性，使光催化净化作用能长期有效，同时生产成本低，适合大规模工业化生产和市场需要。

Description

一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化材料领域，具体涉及一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着汽车保有量的逐年增长，汽车尾气排放物对大气环境的影响越发严重。据中国汽车工业预测，到2020年我国汽车数量将突破1.5亿辆，大量的汽车尾气排放严重危害着人们的身体健康，也是造成雾霾天气的原因之一。2010年2月9日发布的《第一次全国污染源普查公告》显示，机动车尾气排放情况为：总颗粒物59.06万吨，氮氧化物549.65万吨，一氧化碳3947.46万吨，碳氢化合物478.62万吨。其中机动车氮氧化物排放量占全国排放总量的30%，对城市污染最为严重，很多大城市已形成了严重的雾霾天气。

汽车尾气中含有大量的氮氧化物，这些有害气体会给城市居民、道路使用者、运管维护人员以及道路沿线的动植物带来严重危害，造成交通生态环境的严重破坏，直接影响人群健康和生存环境质量，因此，汽车尾气的治理刻不容缓，由于汽车运行严重的分散性和流动性，因而也给尾气处理技术带来一定的限制。汽车尾气是近地面排放，在街道环境中不易扩散，在路面直接形成高污染浓度的大气污染，与工业污染源的高空排放相比，汽车尾气污染排放的人体吸入比列更高。

中国专利公开号CN1903780A公开了一种纳米光催化水泥基地面材料，该专利是将光催化剂负载到多孔材料上，然后加入到水泥中使用，虽然多孔材料的吸附性能增加光催化剂的工作效率，但是由于光催化剂直接负载到多孔材料上并不稳固，导致在光催化反应时很容易受到环境温度、湿度的影响，从而造成光催化剂的工作效率低下或失效，而且在水流或道路车辆轮胎和路面的磨损的作用下，光催化剂会很快流失掉，光催化作用消失。

中国专利公开号CN102153318A公开了一种光催化水泥基材料的制备方法和光催化剂的制备方法，该专利中将光触媒混合在粉煤灰中，再与紫外线转换材料混合制得一中复合的光催化剂，最后与水泥混合使用，有效的提高了光催化剂的催化效率，但是由于混合到粉煤灰表面上的光触媒与粉煤灰之间并不是密不可分的，容易脱落，因而催化效率受到环境温度和湿度的影响也很大，而且光催化剂也容易在道路车辆轮胎和路面的磨损的作用下消失掉。

中国专利公开号CN101704641A公开了一种水泥基材料用纳米光催化外加剂的制备方法，该方法利用活性炭的吸附负载作用，提高了光催化剂的催化效率，但是由于活性炭本身强度不高、不耐水不耐磨损，因而该材料不能广泛的用于温度和湿度多变的室外环境条件下，也不耐磨损。

路面汽车尾气净化材料是一种适用于水泥基路面的光催化材料，不仅需要具有高效的催化净化效率，还应该具有适应室外多变的环境条件，在多变的温度和湿度的条件下保证其催化作用效率，且具有优异的耐磨性和耐水性，才能长时间的使汽车尾气在道路上得到净化。

发明内容

本发明针对目前路面汽车尾气净化材料净化效率较低、有效使用时间短、不耐水、容易被磨损等缺陷和不足提出一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法，本产品具有净化效率高，使用时间长，耐水耐磨的优异性能。

本发明进一步的目的是提供一种路面汽车尾气净化剂的制备方法，该方法是利用高温将矿物粘土、改性光催化剂和造孔剂进行充分的研磨、分散、混合后的混合物烧结成具有多孔结构的陶瓷微粒，此陶瓷微粒不仅具有吸附作用，能提高光催化剂的催化效率，而且具有优异的耐磨、防水性能，还能很好的与水泥结合形成整体；再加入可在分散乳胶粉和减水剂混合形成路面汽车尾气净化剂。

本发明一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法，其特征在于其原料组成（重量份）如下：

矿物粘土                   40-60份，

改性光催化剂               20-30份，

造孔剂                     14-26份，

可在分散乳胶粉              5-10份，

减水剂                       1-3份；

其中，所述矿物粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或多种，细度为200-1000目；所述改性光催化剂为使用纳米贵金属铂、铑、钯进行配位螯合改性处理过的纳米TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、SrTiO3中的一种或多种，优选纳米TiO2；所述的造孔剂为碳酸钙、碳酸镁中的一种或多种，粒径≤0.075mm；所述的可在分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的一种或多种；所述的减水剂为脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种。 

本发明一种路面汽车尾气净化剂的具体制备步骤如下：

1) 将40-60重量份的矿物粘土、20-30重量份的改性光催化剂和14-26重量份的造孔剂加入到行星式球磨机中，在300-350r/min的转速条件下充分的研磨、分散、混合1-2h后出料得到混合物；

2）将步骤1)得到的混合物放入高温真空烧结炉中，在真空条件下，900-1000℃的温度下烧结3-4h，冷却，出料得到含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒；

3）将步骤2)得到的含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒与5-10重量份的可在分散乳胶粉、1-3重量份的减水剂加入到行星式球磨机中，在200-250r/min的转速条件下进行研磨、分散、混合0.5-1h后出料得到产品。

上述路面汽车尾气净化剂的制备方法，将改性光催化剂均匀的分散嵌入在多孔陶瓷微粒中，借助多孔陶瓷微粒的吸附、耐磨损、耐老化、耐水洗等优点，即提高了光催化剂的催化效率，也提高了光催化剂添加在水泥路面中的相容性、耐磨性和耐水性，使光催化净化作用能长期有效。根据将本产品加入到水泥中制成混泥土、板材、涂料后，进行的高强度、长时间的磨损和水冲洗对比模拟实验，计算得出本产品在正常条件下的光催化净化作用有效时间大约为5-10年。

上述路面汽车尾气净化剂的制备方法中，所述的行星式球磨机是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚，对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的设备，主要由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）组成；所述的高温真空烧结炉是在真空或保护气氛条件下，利用感应加热的原理使处于线圈内的钨坩埚产生高温，通过热辐射传导加热实现烧结的成套设备，主要由电炉本体、真空系统、水冷系统、气动系统、液压系统、进出料机构、底座、工作台、感应加热装置(钨加热体及高级保温材料)、进电装置、电源及电气控制系统组成。

本发明一种路面汽车尾气净化剂及其制备方法，其突出的特点在于：

1、将改性光催化剂分散嵌入到多孔陶瓷微粒中，利用多孔陶瓷微粒的吸附作用，增加了汽车尾气中氮氧化物与光催化剂的接触面，提高了光催化效率；

2、借助多孔陶瓷微粒的耐磨损、耐老化、耐水洗等优点，提高了光催化剂添加在水泥路面中的相容性、耐磨性和耐水性，使光催化净化作用能长期有效；

3、使用经过贵金属配位螯合改性处理的纳米材料作为有害物的分解催化剂，不仅可以吸收紫外线，而且还可以吸收可见光甚至远红外光，使得产品对有害物的分解效率得到很大提高；

4、使用简单方便，可等同于石英砂或河沙使用，即可以与水泥拌合成水泥浆喷涂、涂刷使用，也可以与水泥、河沙等材料拌合成混泥土使用；

5、生产成本低，生产过程简单，原材料易得，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

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。

实施例1

1) 将60重量份的高岭土、20重量份的纳米二氧化钛和15重量份的碳酸钙加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分的研磨、分散、混合2h后出料得到混合物；

2）将步骤1)得到的混合物放入高温真空烧结炉中，在真空条件下，900℃的温度下烧结3h，冷却，出料得到含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒；

3）将步骤2)得到的含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒与5重量份的丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、3重量份的聚羧酸减水剂加入到行星式球磨机中，在200r/min的转速条件下进行研磨、分散、混合0.5h后出料得到产品。

4）将步骤3）的得到的本产品按混泥土总质量的2%的比列加入，浇注成型，养护期期过后进行性能检测，检测结果如下：

实施例2

1) 将40重量份的高岭土、30重量份的纳米二氧化钛和26重量份的碳酸镁加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分的研磨、分散、混合1.5h后出料得到混合物；

2）将步骤1)得到的混合物放入高温真空烧结炉中，在真空条件下，950℃的温度下烧结3h，冷却，出料得到含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒；

3）将步骤2)得到的含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒与10重量份的醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、3重量份的萘系减水剂加入到行星式球磨机中，在250r/min的转速条件下进行研磨、分散、混合0.5h后出料得到产品。

4）将步骤3）的得到的本产品按水泥质量的10%的比列加入拌合成水泥浆，喷涂或涂刷在混凝土表面形成光催化涂料层，养护期期过后进行性能检测，检测结果如下：

实施例3

1) 将55重量份的蒙脱土、25重量份的纳米二氧化钛和15重量份的碳酸钙加入到行星式球磨机中，在300r/min的转速条件下充分的研磨、分散、混合1h后出料得到混合物；

2）将步骤1)得到的混合物放入高温真空烧结炉中，在真空条件下，1000℃的温度下烧结4h，冷却，出料得到含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒；

3）将步骤2)得到的含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒与5重量份的乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、2重量份的脂肪族减水剂加入到行星式球磨机中，在250r/min的转速条件下进行研磨、分散、混合1h后出料得到产品。

4）将步骤3）的得到的本产品按水泥质量的5%的比列加入半合成水泥砂浆，涂抹在混凝土或建筑物表面形成2-5mm厚的光催化层，养护期期过后进行性能检测，检测结果如下：

 

Claims (6)

1.一种路面汽车尾气净化剂，其特征在于原料组成（重量份）如下：

矿物粘土                   40-60份，

改性光催化剂               20-30份，

造孔剂                     14-26份，

可在分散乳胶粉              5-10份，

减水剂                       1-3份；

其中，所述矿物粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或多种，细度为200-1000目；所述改性光催化剂为使用纳米贵金属进行配位螯合改性处理过的纳米TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、SrTiO3中的一种或多种，优选纳米TiO2；所述的造孔剂为碳酸钙、碳酸镁中的一种或多种；所述的可在分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的一种或多种；所述的减水剂为脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种。

2.根据权利要求1中所述的一种路面汽车尾气净化剂，其特征在于所述的造孔剂粒径≤0.075mm。

3.根据权利要求1中所述的一种路面汽车尾气净化剂，其特征在于所述的纳米贵金属为铂、铑、钯。

4.制备权利要求1所述的一种路面汽车尾气净化剂的方法，其特征在于具体制备步骤如下：

1) 将40-60重量份的矿物粘土、20-30重量份的改性光催化剂和14-26重量份的造孔剂加入到行星式球磨机中，在300-350r/min的转速条件下充分的研磨、分散、混合1-2h后出料得到混合物；

2）将步骤1)得到的混合物放入高温真空烧结炉中，在真空条件下，900-1000℃的温度下烧结3-4h，冷却，出料得到含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒；

3）将步骤2)得到的含有改性光催化剂的多孔陶瓷微粒与5-10重量份的可在分散乳胶粉、1-3重量份的减水剂加入到行星式球磨机中，在200-250r/min的转速条件下进行研磨、分散、混合0.5-1h后出料得到产品。

5.根据权利要求3中一种路面汽车尾气净化剂的制备方法，其特征在于所述的行星式球磨机是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚，对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的设备，主要由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）组成。

6.根据权利要求3中一种路面汽车尾气净化剂的制备方法，其特征在于所述的高温真空烧结炉是在真空或保护气氛条件下，利用感应加热的原理使处于线圈内的钨坩埚产生高温，通过热辐射传导加热实现烧结的成套设备，主要由电炉本体、真空系统、水冷系统、气动系统、液压系统、进出料机构、底座、工作台、感应加热装置(钨加热体及高级保温材料)、进电装置、电源及电气控制系统组成。