CN105384464B - 一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置 - Google Patents

一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置，制备装置结构在于：包括成形模具、透气端盖、多孔衬板、提拉杆、尼龙网、进气管和排水管；制备方法：包括（1）将秸秆粉碎成长度为1cm~2cm的颗粒；（2）将秸秆颗粒放入水玻璃溶液中浸泡30分钟并取出干燥；（3）在桐油中浸泡5分钟并干燥；（4）将秸秆颗粒、水泥、河砂、水玻璃、短切玻璃纤维丝、水泥发泡剂和水均匀混合；（5）混合浆料倒入成形模具并通入温度为80℃的CO2气体进行固化；（6）干燥5~7天；（7）将多孔砖150℃保温1小时，缓升至400℃保温5小时，随炉冷却；（8）将多孔透水砖在光催化镀液浸渍提拉5分钟并干燥；反复3~4次即可获得光催化多孔透水砖。

Description

一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置
技术领域
本发明涉及一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置，属于复合材料成形技术领域。
背景技术
近年来，随着工业化进程的不断加快，同时企业生产工艺落后，管理水平较低且物料消耗高，造成单位产品的污染物排放量过高，所产生的大量废水废气严重的影响着人类的健康和生存环境，环境污染治理已成为现代社会面临和亟待解决的重要问题之一。目前正在使用的如化学氧化法、物理吸附法、高温焚烧法和微生物处理等方法，对环境的保护和治理起到了一定作用，但是这些方法都不同程度的存在一些不足，如效率低下、不能彻底治理污染、易产生二次污染、能耗高等问题。因此，寻求高效、环境友好的污染物处理技术日益成为人们研究的热点。
光催化技术是上世纪70年代发现的一种高效、清洁、彻底的污染物处理技术，目前研究的较多的纳米TiO2可在光辐射条件下，将水体中一些难以降解的化合物降解为H2O和CO2，因此纳米晶TiO2光催化降解法是一种极具应用前景的水处理新技术。但纳米晶TiO2的负载基体的选择与制备一直是阻碍TiO2光催化方法推广使用的瓶颈。由于TiO2光催化膜进行降解反应的前提是需要将周围介质中的污染物分子进行大量的捕获，这就需要光催化膜与污水具有较大的接触面积，其前提是负载基体材料具有较高的比表面积，因此基体多采用多孔型材料，如硅胶、沸石、玻璃纤维、多孔陶瓷等。
但上述基体材料在工程应用中普遍具有成本高、结构强度低等缺点，只适合于小型净化装置或处理模块中使用，不适合在水利环保工程中大规模的使用。因此目前亟需一种可制备具有孔洞分布均匀、比表面积大、结构强度高、生产成本低的透水基体材料的方法及装置，并在此基础上制备出负载了纳米晶TiO2光催化膜的多孔透水砖，该技术对光催化技术在水环境治理中的推广应用具有积极的意义。
发明内容
本发明提出了一种底吹式光催化多孔透水砖的制备方法及装置，所制备的光催化多孔透水砖具有孔洞分布均匀、形态规则、贯通性好、比表面积大、结构强度高等优点，适用于大规模生产光催化多孔透水砖材料。
本发明的技术解决方案：
底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其结构包括成形模具5、透气端盖2、多孔衬板8、提拉杆3、尼龙网10、进气管9和排水管10，其中成形模具5上端安装有透气端盖2，成形模具5内部安装有多孔衬板8；多孔衬板8上方放置有尼龙网10，成形模具5中部与提拉杆3的下端螺纹连接，所述提拉杆3的上端还穿过透气端盖2位于成形模具5的上端；所述进气管9和排水管10均安装于成形模具5的下部与成形模具5的底部连通。
其制备方法，包括如下工艺步骤：
（1）将株径为1cm~3cm的秸秆去除侧叶后放入粉碎机中，粉碎成长度为1cm~2cm的颗粒；
（2）将粉碎好的秸秆颗粒放入模数为3.0、波美度为50.0的水玻璃溶液中浸泡30分钟，取出自然干燥24小时；
（3）将包覆了水玻璃膜的秸秆颗粒放入桐油中浸泡5分钟，取出自然干燥24小时；
（4）将秸秆颗粒、水泥、河砂、水玻璃（模数为3.0，波美度为30）、短切玻璃纤维丝（长度为5cm）、水泥发泡剂和水按100: 80: 50: 150: 1: 5: 100的质量比投入搅拌机中搅拌均匀；
（5）将混匀后的浆料倒入成形模具5中，盖上透气端盖2，并通过进气管9通入温度为80℃、气压为3~5MPa的CO2气体，通气时间为5分钟；
（6）静置2小时后将多孔砖从成形模具5中取出，在自然状态下干燥5~7天；
（7）将多孔砖放入马弗炉中，在150℃保温1小时，缓慢升温至400℃保温5小时，然后随炉冷却至常温，即可获得多孔透水砖。
（8）将所制备的多孔透水砖完全浸渍于光催化镀液（成分体积比为：钛酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在镀液中进行反复提拉5分钟，取出干燥2小时；反复此步骤操作3~4次，即可获得负载了纳米晶TiO2光催化膜的多孔透水砖。
本发明具有以下有益效果：
1）采用水泥、砂作为成形基材，水玻璃作为粘结剂，玻璃纤维作为基体增强材料，所制备的多孔透水砖具有较高的结构强度，适用于各类水环境治理工程领域；
2）采用秸秆作为造孔填料，通过选择不同株径秸秆和调整秸秆粉碎粒度，可制备具有不同孔径的多孔材料，同时也为秸秆循环再利用提供了一种方法；
3）采用在混合浆料底部通入高压CO2气体的方法，可在秸秆填料间形成连通孔，且CO2可促使水玻璃快速凝固，从而保证连通孔不被封闭，提高了多孔材料的贯通率；
4）混合浆料中添加有水泥发泡剂，可在秸秆形成的孔洞内表面形成大量微小的二次气孔，不但增大了透水砖的比表面积，而且还提高了TiO2纳米光催化膜的附着强度，有效的提高其水质净化效率，延长其维护周期；
5）本发明结构简单，操作方便，适宜进行大批量生产。
附图说明
附图1是底吹式光催化多孔透水砖的制备装置的主视图；
附图2是图1的左视图；
附图3是透气端盖示意图
附图4是多孔衬板示意图。
图中的1是螺栓、2是透气端盖、3是提拉杆、4是混合浆料、5是成形模具、6是排水管、7是罐脚、8是多孔衬板、9是进气管、10是尼龙网、11是透气孔、12是螺栓孔。
具体实施方式
底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其结构包括成形模具5、透气端盖2、多孔衬板8、提拉杆3、尼龙网10、进气管9和排水管10，其中成形模具5为上端开口的长方体中空罐体，成形模具5上端安装有透气端盖2，成形模具5内部安装有多孔衬板8；透气端盖2、多孔衬板8均为多孔板结构，多孔衬板8上方放置有尼龙网10，成形模具5中部与提拉杆3的下端螺纹连接，所述提拉杆3的上端还穿过透气端盖2位于成形模具5的上端；所述进气管9和排水管10均安装于成形模具5的下部与成形模具5的底部连通。
下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述：
如图1~图4所示，底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其结构包括成形模具5、透气端盖2、多孔衬板8、提拉杆3、尼龙网10、进气管9和排水管6；所述成形模具5为上端开口的长方体中空罐体，上端开口设有法兰边，采用厚度为8mm不锈钢板焊接而成，内腔的长、宽、高分别为60cm、50cm、100cm。
所述透气端盖2为多孔板结构，如图3所示，孔径1cm，孔间距3cm。透气端盖2通过螺栓1固定于成形模具5上端。
所述多孔衬板8也为多孔板结构，如图4所示，孔径1cm，孔间距3cm。多孔衬板水平固定于成形模具5中部。
所述尼龙网10平铺于多孔衬板8上，网眼密度为30~40目，用于承托混合浆料，防止其向下泄漏。
所述提拉杆3下端与多孔衬板8中心螺纹连接，上端穿过透气端盖2中心，顶部为环状，方便手动提起。
所述进气管9固定于成形模具下部，一端与成形模具5底部连通，另一端与气泵连接，用于向模具内导入CO2气体。
所述排水管6均安装于成形模具5下部，并与成形模具底5部连通，用于排出模具底部的积水。
实施例1：
将玉米秸秆（株径1.8cm~2.6cm）作为秸秆原料，采用425号硅酸盐水泥作和建筑用河砂作为基体材料制作生态秸秆砖，应用于太湖地区某生态护坡工程。多孔透水砖的制造和工程应用过程如下：（1）将秸秆去除侧叶后放入粉碎机中，粉碎成长度为1cm~3cm的颗粒；（2）将粉碎好的秸秆颗粒放入模数为3.0、波美度为50.0的水玻璃溶液中浸泡30分钟，取出自然干燥24小时；（3）将包覆了水玻璃膜的秸秆颗粒放入桐油中浸泡5分钟，取出自然干燥24小时；（4）将秸秆颗粒、水泥、河砂、水玻璃（模数为3.0，波美度为30）、短切玻璃纤维丝（长度为5cm）、水泥发泡剂和水按100: 80: 50: 150: 1: 5: 100的质量比投入搅拌机中搅拌均匀；（5）将混匀后的浆料倒入成形模具5中，盖上透气端盖2，并通过进气管9通入温度为80℃、气压为3~5MPa的CO2气体，通气时间为5分钟；（6）静置2小时后将多孔砖从成形模具5中取出，在自然状态下干燥5~7天；（7）将多孔砖放入马弗炉中，在150℃保温1小时，缓慢升温至400℃保温5小时，然后随炉冷却至常温，即可获得多孔透水砖。（8）将所制备的多孔透水砖完全浸渍于光催化镀液（成分体积比为：钛酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在镀液中进行反复提拉5分钟，取出干燥2小时；反复此操作3~4次，即可获得负载了纳米晶TiO2光催化膜的多孔透水砖。所制备的多孔砖的孔隙率为76%，平均孔径为2.3cm，比表面积为32.2cm-1，在实际使用中表现出了良好的透水性，护坡建成3个月后，水体的质量也得到了明显的改善。
实施例2：
将高粱秸秆（株径1cm~1.2cm）作为秸秆原料，采用425号硅酸盐水泥作和建筑用河砂作为基体材料制作生态秸秆砖，应用于太湖地区某生态护坡工程。多孔透水砖的制造和工程应用过程如下：（1）将秸秆去除侧叶后放入粉碎机中，粉碎成长度为1cm~3cm的颗粒；（2）将粉碎好的秸秆颗粒放入模数为3.0、波美度为50.0的水玻璃溶液中浸泡30分钟，取出自然干燥24小时；（3）将包覆了水玻璃膜的秸秆颗粒放入桐油中浸泡5分钟，取出自然干燥24小时；（4）将秸秆颗粒、水泥、河砂、水玻璃（模数为3.0，波美度为30）、短切玻璃纤维丝（长度为5cm）、水泥发泡剂和水按100: 80: 50: 150: 1: 5: 100的质量比投入搅拌机中搅拌均匀；（5）将混匀后的浆料倒入成形模具5中，盖上透气端盖2，并通过进气管9通入温度为80℃、气压为3~5MPa的CO2气体，通气时间为5分钟；（6）静置2小时后将多孔砖从成形模具5中取出，在自然状态下干燥5~7天；（7）将多孔砖放入马弗炉中，在150℃保温1小时，缓慢升温至400℃保温5小时，然后随炉冷却至常温，即可获得多孔透水砖。（8）将所制备的多孔透水砖完全浸渍于光催化镀液（成分体积比为：钛酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在镀液中进行反复提拉5分钟，取出干燥2小时；反复此操作3~4次，即可获得负载了纳米晶TiO2光催化膜的多孔透水砖。所制备的多孔砖的孔隙率为83%，平均孔径为1.1cm，比表面积为39.4cm-1，在实际护岸使用中表现出了良好的透水性和较高的污染物去除效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其特征在于：包括成形模具、透气端盖、多孔衬板、提拉杆、尼龙网、进气管和排水管，其中成形模具上端安装有透气端盖，成形模具内部安装有多孔衬板；多孔衬板上方放置有尼龙网，成形模具中部与提拉杆的下端螺纹连接，所述提拉杆的上端还穿过透气端盖位于成形模具的上端；所述进气管和排水管均安装于成形模具的下部与成形模具的底部连通。
2.根据权利要求1所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其特征在于：所述成形模具为上端开口的长方体中空罐体，上端开口设有法兰边。
3.根据权利要求1所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其特征在于：所述透气端盖为多孔板结构，孔径1cm，孔间距3cm，透气端盖通过螺栓固定于成形模具上端。
4.根据权利要求1所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其特征在于：所述多孔衬板为多孔板结构，孔径1cm，孔间距3cm，多孔衬板水平固定于成形模具中部。
5.根据权利要求1所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备装置，其特征在于：所述提拉杆上端穿过透气端盖中心，顶部为环状。
6.采用如权利要求1所述制备装置进行底吹式光催化多孔透水砖的制备方法，其特征是包括如下步骤：
（1）将株径为1cm~3cm的秸秆去除侧叶后放入粉碎机中，粉碎成长度为1cm~2cm的颗粒；
（2）将粉碎好的秸秆颗粒放入模数为3.0、波美度为50.0的水玻璃溶液中浸泡30分钟，取出自然干燥24小时；
（3）将包覆了水玻璃膜的秸秆颗粒放入桐油中浸泡5分钟，取出自然干燥24小时；
（4）将秸秆颗粒、水泥、河砂、水玻璃、短切玻璃纤维丝、水泥发泡剂和水按100: 80:50: 150: 1: 5: 100的质量比投入搅拌机中搅拌均匀，其中水玻璃模数为3.0，波美度为30；短切玻璃纤维丝长度为5cm；
（5）将混匀后的浆料倒入成形模具中，盖上透气端盖，并通过进气管通入温度为80℃、气压为3~5MPa的CO2气体，通气时间为5分钟；
（6）静置2小时后将多孔砖从成形模具中取出，在自然状态下干燥5~7天；
（7）将多孔砖放入马弗炉中，在150℃保温1小时，缓慢升温至400℃保温5小时，然后随炉冷却至常温，即可获得多孔透水砖；
（8）将所制备的多孔透水砖完全浸渍于光催化镀液，其成分体积比为：钛酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03，并在镀液中进行反复提拉5分钟，取出并干燥2小时；重复此步骤操作3~4次，即可获得负载了纳米晶TiO2光催化膜的多孔透水砖。
7.根据权利要求6所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备方法，其特征在于：所述尼龙网平铺于多孔衬板上，网眼密度为30~40目。
8.根据权利要求6所述的底吹式光催化多孔透水砖的制备方法，其特征在于：所述进气管固定于成形模具下部，一端与成形模具底部连通，另一端与气泵连接。
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