CN105935552A - 汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法 - Google Patents

汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法，所述汽车尾气降解功能的道路添加剂，由以下原料组成：纳米二氧化钛、超纯水和建筑粘合剂。本发明还包括汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法。本发明工艺简单，反应条件温和且反应时间短，产品粒度均匀，分散性好，颗粒尺寸人可控，生产成本较低，易于实现工业化；有效降低空气中有害气体的浓度，能长效持久治理汽车尾气污染；能合成有益肥料的成分硝酸钙，达到循环利用；解决了二氧化钛对可见光利用率低的难题，大大增加了其应用范围；道路安全性大大提高。

Description

汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及的道路添加剂及其制备方法，具体涉及汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法。
背景技术
汽车是人们广泛使用的交通工具，但汽车在方便人们出行的同时，加剧了对大气的污染，使汽车尾气的有效处理渐渐成为一个重要的环境问题。世界城市中的空气污染，六成来自汽车尾气，我国新生产尾气控制措施不够；汽车尾气排放合格率很低；新车单车排放污染物为先进国家的5倍。因此，对于汽车尾气的有效处理是目前的一个重要研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种通过在道路表面喷洒汽车尾气的降解剂，使汽车废气在上升扩散前能被高效处理的汽车尾气降解功能的道路添加剂及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，汽车尾气降解功能的道路添加剂，由以下原料组成：纳米二氧化钛、超纯水和建筑粘合剂。
进一步，所述纳米二氧化钛的浓度在1％以下，所述超纯水的电解度小于10，所述建筑粘合剂为国道标准。
汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，以TiCl4为原料，在冰水浴条件下配制成浓度为0.5mol/L的TiCl4水溶液，将TiCl4水溶液放置在磁力搅拌器上边搅拌边加热，加热温度为70℃，加热一段时间后，提高体系的pH值，所述pH值依次提升为0.5、3.13或5.15,即得到部分或全部转变成锐钛矿相的氧化 钛浆体；向锐钛矿相二氧化钛浆体中滴加碱液，调节pH大于8，边滴加边搅拌，待沉淀完全，过滤第一次沉淀，将过滤得到的沉淀物洗涤，二次过滤，向经过二次过滤的沉淀物中先加入超纯水，再加入酸液，然后解胶获得氧化钛粗溶胶，向氧化钛粗溶胶中加入建筑粘合剂，纯化，得到抗菌素，对抗菌素进行渗析或过滤，然后采用可见光敏化技术向抗菌素中掺杂纳米银制备成无机纳米银钛复合抗菌材料，即制得汽车尾气降解功能的道路添加剂。
进一步，所述碱液为氨水，所述氨水的浓度直接影响晶核的生成以及晶核的大小，所述晶核的大小影响溶胶的粒径大小以及结晶情况。
进一步，所述酸液为硝酸溶液。
进一步，所述解胶在水浴加热条件下进行，解胶过程中，钛粒子不断析出，形成晶核，硝酸根与新生成的氢离子生成硝酸，硝酸再胶溶无定型钛酸沉淀颗粒，使硝酸的量保持不变，起到催化剂的作用。
进一步，所述抗菌素的渗析或过滤通过透析膜进行，纳米银离子为核心生成Ti+--Ag+--Ti+，渗析的截流分子量介于5000～20000之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：工艺简单，反应条件温和且反应时间短，产品粒度均匀，分散性好，颗粒尺寸人可控，生产成本较低，易于实现工业化；有效降低空气中有害气体的浓度，能长效持久治理汽车尾气污染，在道路表面喷洒汽车尾气的降解剂，使汽车废气在上升扩散前被高效处理；能合成有益肥料的成分硝酸钙，达到循环利用，有涂层材料的水泥或沥青路面接受太阳光照射后，光催化作用氧化了路面空气中的NOx成为无害的；解决了二氧化钛对可见光利用率低的难题，大大增加了其应用范围，通过纳米银对催化剂表面进行修饰作用，并使负载离子位于晶格之间或二氧化钛晶体表面，使催化剂的结构表征与活性大大提高,吸收光谱红移；道路安全性大大提高，纳米 二氧化钛不但不会对道路材料产生危害，反而会增强其机械性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例
本实施例由以下原料组成：纳米二氧化钛、超纯水和建筑粘合剂；所述纳米二氧化钛的浓度在1％以下，所述超纯水的电解度小于10，所述建筑粘合剂为国道标准。
汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，以TiCl4为原料，在冰水浴条件下配制成浓度为0.5mol/L的TiCl4水溶液，将TiCl4水溶液放置在磁力搅拌器上边搅拌边加热，加热温度为70℃，加热一段时间后，提高体系的pH值，所述pH值依次提升为0.5、3.13或5.15,即得到部分或全部转变成锐钛矿相的氧化钛浆体；向锐钛矿相二氧化钛浆体中滴加碱液，调节pH大于8，边滴加边搅拌，待沉淀完全，过滤第一次沉淀，将过滤得到的沉淀物洗涤，二次过滤，向经过二次过滤的沉淀物中先加入超纯水，再加入酸液，然后解胶获得氧化钛粗溶胶，向氧化钛粗溶胶中加入建筑粘合剂，纯化，得到抗菌素，对抗菌素进行渗析或过滤，然后采用可见光敏化技术向抗菌素中掺杂纳米银制备成无机纳米银钛复合抗菌材料，即制得汽车尾气降解功能的道路添加剂。
TiCl4水解：TiCl4+(2+x)H2O＝TiO2·x H2O+4HCl；钛离子在强酸条件下主要以【TiO(OH2)5】+单聚体的形式存在，两个单聚体通过“羟聚”作用，脱去两个水分子，通过共楞连成二聚体，反应如下所示：
这种多聚体结构与金红石变体相容，通过内部去氧基反应和进一步的脱水作用，可以最终形成金红石相结构的氧化钛粉体.如果反应停留在所形成的二聚或多聚体阶段，即沉淀物不经脱水、干燥阶段，提高体系的pH值，这样二聚体转变成如下结构，反应如下所示：
四个羟基位于同一个平面上，经羟聚作用形成二聚体基元，这种二聚体基元羟聚为螺旋状长链，经脱水后形成锐钛矿相结构。由于pH对二聚体结构的影响产生了金红石基元向锐钛矿基元发生的转变.这种锐钛矿粉体中仍有部分多聚体含有金红石相的基元。所以四氯化钛在70℃下可以全部水解成金红石相的氧化钛浆体。这种水解产物不经分离在pH分别为0.5、3.13、5.15的条件下可以部分或全部转变成锐钛矿相的浆体，这样通过PH值可控制水解速度。
本实施例中，所述碱液为氨水，所述氨水的浓度直接影响晶核的生成以及晶核的大小，所述晶核的大小影响溶胶的粒径大小以及结晶情况。对沉淀过程中的氨水浓度进行严格的控制，沉淀完全后可调高氨水滴加浓度，既减少滴加完后悬浊液的总量，也可以减轻后续洗涤的负担。
本实施例中，所述酸液为硝酸溶液。
本实施例中，所述解胶在水浴加热条件下进行，解胶过程中，钛粒子不断析出，形成晶核，硝酸根与新生成的氢离子生成硝酸，硝酸再胶溶无定型钛酸 沉淀颗粒，使硝酸的量保持不变，起到催化剂的作用。温度对晶核生成速度的影响是复杂的，温度降低，过饱和度增加，晶核生成的速率提高，能量随温度降低活化能上升，降低晶核的析出速度。低温有利于晶核生成,不利于晶核长大，得到细的结晶。
本实施例中，所述抗菌素的渗析或过滤通过透析膜进行，纳米银离子为核心生成Ti+--Ag+--Ti+，渗析的截流分子量介于5000～20000之间。工艺简单，易制得高活性无机纳米银钛复合抗菌材料。
产品初步生成后，二氧化钛颗粒开始析出，如果控制其析出的速度，则可较好的控制最终生成胶体的晶型，当过饱和度C>Ck时；开始生成晶核，后期如果控制钛粒子颗粒析出的速度C0<C<Ck时，则可保证不生成新的晶核，而是原有的晶核不断长大。
无机纳米银钛复合抗菌材料采用独特的可见光敏化技术，由于其自身特殊的电子结构使催化剂具有不同的能级结构，能级结构决定光激发电子转移途径与载流子分离效率，甚至能赋予长期、高效的抗菌效果，在抗菌材料领域处于领先地位。通过纳米银对其催化剂表面进行修饰作用，使其催化剂的结构表征与活性大大提高，吸收光谱红移的现象。
I：对光谱响应的影响。本技术负载的离子具有特殊的4f电子结构，依据4f轨道电子数量的变化，4f轨道的内电子转移，以及4f轨道与5d轨道之间的电子转移，负载的离子具有很特殊的吸收光谱特性，因此，具有特殊的光谱响应。负载后的二氧化钛具有较高的可见光催化活性，DRS测试证明本产品在可见光区域的光吸收显著增强。负载技术可以明显提高光电流响应与电子-空穴分离效率。
II：对能级结构的影响。价带XPS测试负载后二氧化钛的价带能级谱发生 显著变化。利用STM证实负载后二氧化钛产生了新的能级。负载后二氧化钛由于自身特殊的电子结构使催化剂具有不同的能级结构，能级结构决定光激发电子转移途径与载流子分离效率，从而决定可见光与紫外光下催化剂的活性。
通过纳米银对催化剂表面进行修饰作用，并使负载离子位于晶格之间或二氧化钛晶体表面，使催化剂的结构表征与活性大大提高,吸收光谱红移，解决了二氧化钛对可见光利用率低的难题，大大增加了其应用范围。
通常的光催化剂需要365nm以下的紫外波段才可以激发，我们采用独特的可见光敏化技术，通过掺杂具有d电子结构的过渡金属离子和银离子有效地增强二氧化钛在可见光区域的光谱响应。利用其自身特殊的电子结构使催化剂具有不同的能级结构，能级结构决定光激发电子转移途径与载流子分离效率。掺杂纳米银之后的二氧化钛吸收光谱红移至500纳米以上，并且对光线具有极高的利用率。
有效性提高，持久性提高，道路安全性，纳米二氧化钛不但不会对道路材料产生危害，反而会增强其机械性能。
鉴于纳米二氧化钛在沥青中的作用效果最终是通过沥青混合料的各项力学性能表现出来的，纳米二氧化钛的掺入，对沥青混合物的马歇尔稳定度、流值均有不同程度的提高，且随着添加剂量的增加产生了小范围的波动；纳米二氧化钛掺入后马歇尔稳定度与动稳定度都有所提高，且均满足技术要求，并不影响沥青混合料的路用性能；OGFC排水式开级配磨耗层由于纳米二氧化钛掺入对沥青与石料的粘附性影响较小，因此马歇尔稳定度、动稳定度都有所提高，抗水损坏性能略有下降，但仍能满足规范要求。除此之外混合料的其他性能基本保持不变。

Claims (7)

1.汽车尾气降解功能的道路添加剂，其特征在于，由以下原料组成：纳米二氧化钛、超纯水和建筑粘合剂。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂，其特征在于，所述纳米二氧化钛的浓度在1％以下，所述超纯水的电解度小于10，所述建筑粘合剂为国道标准。
3.一种如权利要求1或2所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，其特征在于，以TiCl4为原料，在冰水浴条件下配制成浓度为0.5mol/L的TiCl4水溶液，将TiCl4水溶液放置在磁力搅拌器上边搅拌边加热，加热温度为70℃，加热一段时间后，提高体系的pH值，所述pH值依次提升为0.5、3.13或5.15,即得到部分或全部转变成锐钛矿相的氧化钛浆体；向锐钛矿相二氧化钛浆体中滴加碱液，调节pH大于8，边滴加边搅拌，待沉淀完全，过滤第一次沉淀，将过滤得到的沉淀物洗涤，二次过滤，向经过二次过滤的沉淀物中先加入超纯水，再加入酸液，然后解胶获得氧化钛粗溶胶，向氧化钛粗溶胶中加入建筑粘合剂，纯化，得到抗菌素，对抗菌素进行渗析或过滤，然后采用可见光敏化技术向抗菌素中掺杂纳米银制备成无机纳米银钛复合抗菌材料，即制得汽车尾气降解功能的道路添加剂。
4.根据权利要求3所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，其特征在于，所述碱液为氨水，所述氨水的浓度直接影响晶核的生成以及晶核的大小，所述晶核的大小影响溶胶的粒径大小以及结晶情况。
5.根据权利要求3所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，其特征在于，所述酸液为硝酸溶液。
6.根据权利要求3所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，其特征在于，所述解胶在水浴加热条件下进行，解胶过程中，钛粒子不断析出，形成晶核，硝酸根与新生成的氢离子生成硝酸，硝酸再胶溶无定型钛酸沉淀颗粒，使硝酸的量保持不变，起到催化剂的作用。
7.根据权利要求3所述的汽车尾气降解功能的道路添加剂的制备方法，其特征在于，所述抗菌素的渗析或过滤通过透析膜进行，纳米银离子为核心生成Ti+--Ag+--Ti+，渗析的截流分子量介于5000～20000之间。
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