CN106977226B - 一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材及其制备 - Google Patents

一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种载银TiO2改性竹炭‑硅藻土复合墙体板材及其制备，所述的复合墙体板材通过以下方法制成：按配方称取载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土粉体和硅酸盐水泥混合均匀，再加入混合后的减水剂和水，充分搅拌至形成流动浆体，再将流动浆体倒入模具中，振捣、抹面成型后置于室温下养护，拆模，即得到所述复合墙体板材。与现有技术相比，本发明制备的复合板材内部结构蓬松多孔，孔隙率较高，因而具有很强的吸附能力，能有效吸附空气中的水及有害气体，同时利用载银TiO2的光催化性能能有效分解掉吸附过来的有害有机物，完成“吸附‑降解‑再吸附‑再降解”的循环过程，因此表现出良好的空气调湿及净化效果。

Description

一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材及其制备
技术领域
本发明涉及建筑内墙功能型板材领域，尤其是涉及一种载银TiO2改性竹炭- 硅藻土复合墙体板材及其制备。
背景技术
随着人们生活水平的提高以及对建筑物健康度要求的不断提高，建筑物本身的功能性越来越受到重视。建筑室内环境的舒适性一直是人们追求的热点，而建筑物内空气湿度和环境中有害物质是影响居住环境舒适度的两个重要因素，直接影响人们的身心健康和居住舒适感。因此，具有调湿、净化等功能，能显著改善室内环境的内墙装饰功能材料的开发与应用越来越受到人们的重视。
如文献“用竹炭和硅藻土为原料制备含炭建筑材料”(李文彦等，材料科学与工程学报，第29卷第1期，第7～11页，2011年2月)采用竹炭、硅藻土和粘土为原料，通过干压成型-高温烧成法制备出一种用于内墙装饰的含炭建筑材料，该复合材料具有较高气孔率和强度，比表面积达到34.86m2/g，远红外辐射率达到 0.904，具备远红外及吸附等功能，有望成为一种新型的室内功能装饰材料。
中国专利201610502195.9也公开了一种硅藻装饰材料及其制备方法，，其由以下重量份数的组分构成：硅藻土150-180份，乳胶粉22-30份，重质碳酸钙380-520 份，灰钙180-250份，木质纤维素2-5份，羟丙基甲基纤维素6-20份，沸石粉5-15 份，贵金属催化剂1-5份，二氧化钛10-15份，硅灰石粉5-20份，石膏粉3-8份，竹炭粉5-10份，隔热材料3-8份，益生菌0.5-1份，天然颜料0.1-0.5份，海泡石粉2-6份。该专利方法制备的装饰材料在隔热反射、水分吸收、细度调节、氨、甲醛、苯等净化方面具有较好的效果，但存在配方复杂，工艺繁琐等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材及其制备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材，包括以下重量份数的组分：载银TiO2改性竹炭粉体20～40份，硅藻土20～40份，硅酸盐水泥30～50份，水30～50 份，外加剂1～3份。
所述的载银TiO2改性竹炭粉体包括以质量比5-8:100复合的载银TiO2组分和竹炭组分，所述的载银TiO2组分中，银与TiO2的质量比为2-3:100。
所述的载银TiO2改性竹炭粉体通过以下步骤制成：
(a)称取钛酸四丁酯与一部分无水乙醇混合，再加入硝酸银晶体，调节pH 至4～5，得到混合液A；
(b)称取剩余部分无水乙醇和去离子水混合，调节pH至1-2.5，得到混合液 B；
(c)剧烈搅拌下，将混合液B加入到混合液A中，搅拌至形成透明澄清溶胶，再加入竹炭粉体，搅拌反应至形成凝胶；
(d)将步骤(3)得到的凝胶老化、干燥、煅烧，冷却后即得到所述载银TiO2改性竹炭材料。
步骤(a)和步骤(b)中：无水乙醇、去离子水和钛酸四丁酯的摩尔比为(12～15)：(30～50)：1，硝酸银和钛酸四丁酯的质量比为(0.75～1.85)：100；
步骤(a)中加入的无水乙醇与步骤(b)中加入的无水乙醇的体积比为(1-2)： 1。
步骤(c)中加入的竹炭粉体粒径为300～400目，比表面积大于100m2·g-1；竹炭粉体与钛酸四丁酯的质量比为(2.5～8)：1。
所述的硅藻土中SiO2有效含量＞80％，细度600目。
所述的外加剂为早强型聚羧酸减水剂，固含量40％。
所述的硅酸盐水泥为52.5强度等级硅酸盐水泥，初凝时间<30min。
载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材的制备方法，包括以下步骤：
按配方称取载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土粉体和硅酸盐水泥混合均匀，再加入混合后的减水剂和水，充分搅拌至形成流动浆体，再将流动浆体倒入模具中，振捣、抹面成型后置于室温下养护，拆模，即得到所述复合墙体板材。
本专利首先制备得到载银TiO2改性竹炭材料，该材料兼具有竹炭的多孔吸附功能和载银纳米TiO2的可见光催化功能，两者能够协同作用，优势互补，使得载银TiO2改性竹炭材料具有优异的吸附调湿及光催化净化效果。
然后以载银TiO2改性竹炭材料和硅藻土为功能性填料，硅酸盐水泥为粘结材料，以及适当添的减水剂来实现复合墙体板材的制备。制备过程类似普通水泥砂浆试块的成型过程：水泥浆体将载银TiO2改性竹炭材料和硅藻土颗粒胶结成一个整体，使其具有一定的强度，同时通过加入减水剂提高混合浆体的流动性，使其易于成型和抹面。但由于载银TiO2改性竹炭材料和硅藻土两种功能性填料的掺入，使得复合板材表现出良好的吸附调湿及空气净化效果。
由于载银TiO2改性竹炭和硅藻土颗粒具有极高的细度和较大的比表面积，水泥水化产物不能将其完全包裹，表面小孔和部分大孔也不会被填充，使得内部留有较多的孔隙存在，同时养护过程中孔中吸附的水分的挥发也在试块内部留下较多的孔，因而试块内部结构蓬松，空隙较多，使得试块具有较大的比表面积，因而调湿效果良好，同时载银TiO2改性竹炭材料具有的光催化性能也赋予了试块良好的甲醛吸附降解效果。
制备过程中若载银TiO2改性竹炭材料掺量过少，则试块的光催化降解效果不明显；若掺量过高，则水泥用量相对变少，起胶结作用的浆体量变少，使得试块内部结构不均匀，强度也较低；而水泥用量过高时，过多的水泥浆体会将载银TiO2改性竹炭和硅藻土颗粒完全包裹，内部孔也被堵塞，使得试块比表面积减小，吸附调湿性能减弱，光催化性能也得不到发挥。
与现有技术相比，本发明制备的复合板材内部结构蓬松多孔，孔隙率较高，因而具有很强的吸附能力，能有效吸附空气中的水及有害气体，同时利用载银TiO2的光催化性能有效分解掉吸附过来的有害有机物，完成“吸附-降解-再吸附-再降解”的循环过程，因此表现出良好的空气调湿及净化效果。
附图说明
图1为实施例1的复合墙体板材内部的扫描电镜图片；
图2为实施例2的复合墙体板材内部的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的下述实施例中所使用的载银TiO2改性竹炭粉体包括以质量比5-8:100复合的载银TiO2组分和竹炭组分，所述的载银TiO2组分中，银与TiO2的质量比为 2-3:100。具体可以按照实施例1-4的方法制成。
下面各实施例所使用的原料中，竹炭粉体粒径为300～400目，比表面积大于100m2·g-1；所述的硅藻土中SiO2有效含量＞80％，细度600目。所述的外加剂为早强型聚羧酸减水剂，固含量40％。所述的硅酸盐水泥为52.5强度等级硅酸盐水泥，初凝时间<30min。
实施例1
竹炭预处理：选用400目竹炭，先用去离子水将竹炭煮沸30分钟，再用去离子水清洗、过滤，如此重复3次，105℃下恒温干燥箱内干燥后备用。
取8ml钛酸四丁酯液体，加入12ml无水乙醇混合均匀后，再加入0.12g硝酸银晶体，用硝酸调节混合液的pH为5.0，搅拌均匀得到混合液A；另取8ml无水乙醇溶液，加入18ml去离子水，用硝酸调节溶液pH为2.0，搅拌均匀得到混合液 B；在剧烈的搅拌下，将混合液B快速加入到混合液A中，持续搅拌若干时间，直到形成透明澄清的溶胶，然后加入25g经预处理后的竹炭粉体，再充分搅拌直至形成凝胶；将上述凝胶置于空气中自然干燥老化1天，再用恒温干燥箱于105℃下干燥1天，最后将干凝胶磨细后，放入高温炉中在450℃煅烧温度下绝氧煅烧2h，冷却后即得到载银TiO2改性竹炭复合粉体。
实施例2
竹炭预处理：选用500目竹炭，先用去离子水将竹炭煮沸30分钟，再用去离子水清洗、过滤，如此重复3次，105℃下恒温干燥箱内干燥后备用。
取8ml钛酸四丁酯液体，加入12ml无水乙醇混合均匀后，再加入0.1g硝酸银晶体，用硝酸调节混合液的pH为4.5，搅拌均匀得到混合液A；另取8ml无水乙醇溶液，加入18ml去离子水，用硝酸调节溶液pH为2.0，搅拌均匀得到混合液B；在剧烈的搅拌下，将混合液B快速加入到混合液A中，持续搅拌若干时间，直到形成透明澄清的溶胶，然后加入40g经预处理后的竹炭粉体，再充分搅拌直至形成凝胶；将上述凝胶置于空气中自然干燥老化1天，再用恒温干燥箱于105℃下干燥 1天，最后将干凝胶磨细后，放入高温炉中在550℃煅烧温度下绝氧煅烧2.5h，冷却后即得到载银TiO2改性竹炭复合粉体。
实施例3
竹炭预处理：选用400目竹炭，先用去离子水将竹炭煮沸30分钟，再用去离子水清洗、过滤，如此重复3次，105℃下恒温干燥箱内干燥后备用。
取0.02mol钛酸四丁酯液体，加入0.12mol无水乙醇混合均匀后，再加入0.051g 硝酸银晶体，用硝酸调节混合液的pH为5.0，搅拌均匀得到混合液A；另取0.12mol 无水乙醇溶液，加入0.6mol去离子水，用硝酸调节溶液pH为2.5，搅拌均匀得到混合液B；在剧烈的搅拌下，将混合液B快速加入到混合液A中，持续搅拌若干时间，直到形成透明澄清的溶胶，然后加入17.016g经预处理后的竹炭粉体，再充分搅拌直至形成凝胶；将上述凝胶置于空气中自然干燥老化1天，再用恒温干燥箱于105℃下干燥1天，最后将干凝胶磨细后，放入高温炉中在450℃煅烧温度下绝氧煅烧2h，冷却后即得到载银TiO2改性竹炭复合粉体。
实施例4
竹炭预处理：选用400目竹炭，先用去离子水将竹炭煮沸30分钟，再用去离子水清洗、过滤，如此重复3次，105℃下恒温干燥箱内干燥后备用。
取0.02mol钛酸四丁酯液体，加入0.2mol无水乙醇混合均匀后，再加入0.1259g 硝酸银晶体，用硝酸调节混合液的pH为4，搅拌均匀得到混合液A；另取0.1mol 无水乙醇溶液，加入1mol去离子水，用硝酸调节溶液pH为1，搅拌均匀得到混合液B；在剧烈的搅拌下，将混合液B快速加入到混合液A中，持续搅拌若干时间，直到形成透明澄清的溶胶，然后加入54.45g经预处理后的竹炭粉体，再充分搅拌直至形成凝胶；将上述凝胶置于空气中自然干燥老化1天，再用恒温干燥箱于105℃下干燥1天，最后将干凝胶磨细后，放入高温炉中在450℃煅烧温度下绝氧煅烧2h，冷却后即得到载银TiO2改性竹炭复合粉体。
实施例5
按实施例1制成的载银TiO2改性竹炭粉体30份，硅藻土30份，硅酸盐水泥 40份，水40份，外加剂1份。首先将载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土和硅酸盐水泥于搅拌机中混合均匀，然后将减水剂与水混合均匀后加入到混合粉体中，充分搅拌至形成具有一定流动性的浆体，将上述浆体倒入模具中，经振捣、抹面成型后置于室温下养护1d后拆模，即可获得该复合板材。
图1是该板材内部的扫描电镜图片，可见其内部的蓬松多孔，孔隙度较高，吸附性能较好。经测试其在50％相对湿度条件下的平衡含湿量为2.1％，在90％相对湿度条件下的平衡含湿量为5.2％；24h的甲醛气体净化率达到85％以上，可见复合板材具有良好的湿度调节和甲醛净化效果。
实施例6
按实施例2制成的载银TiO2改性竹炭粉体35份，硅藻土25份，硅酸盐水泥 45份，水35份，外加剂1.2份。首先将载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土和硅酸盐水泥于搅拌机中混合均匀，然后将减水剂与水混合均匀后加入到混合粉体中，充分搅拌至形成具有一定流动性的浆体，将上述浆体倒入模具中，经振捣、抹面成型后置于室温下养护1d后拆模，即可获得该复合板材。
图2是该板材内部的扫描电镜图片，可见其内部的蓬松多孔，孔隙度较高，吸附性能较好。经测试其在50％相对湿度条件下的平衡含湿量为3％，在90％相对湿度条件下的平衡含湿量为6.3％；24h的甲醛气体净化率达到90％以上，可见复合板材具有良好的湿度调节和甲醛净化效果。
实施例7
取实施例3制成的载银TiO2改性竹炭粉体20份，硅藻土20份，硅酸盐水泥 30份，水30份，外加剂2份。首先将载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土和硅酸盐水泥于搅拌机中混合均匀，然后将减水剂与水混合均匀后加入到混合粉体中，充分搅拌至形成具有一定流动性的浆体，将上述浆体倒入模具中，经振捣、抹面成型后置于室温下养护1d后拆模，即可获得该复合板材。
实施例8
取实施例4制成载银TiO2改性竹炭粉体40份，硅藻土40份，硅酸盐水泥50 份，水50份，外加剂3份。首先将载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土和硅酸盐水泥于搅拌机中混合均匀，然后将减水剂与水混合均匀后加入到混合粉体中，充分搅拌至形成具有一定流动性的浆体，将上述浆体倒入模具中，经振捣、抹面成型后置于室温下养护1d后拆模，即可获得该复合板材。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：载银TiO2改性竹炭粉体20～40份，硅藻土20～40份，硅酸盐水泥30～50份，水30～50份，外加剂1～3份；
所述的载银TiO2改性竹炭粉体包括以质量比5-8:100复合的载银TiO2组分和竹炭组分，所述的载银TiO2组分中，银与TiO2的质量比为2-3:100；
所述的载银TiO2改性竹炭粉体通过以下步骤制成：
(a)称取钛酸四丁酯与一部分无水乙醇混合，再加入硝酸银晶体，调节pH至4～5，得到混合液A；
(b)称取剩余部分无水乙醇和去离子水混合，调节pH至1-2.5，得到混合液B；
(c)剧烈搅拌下，将混合液B加入到混合液A中，搅拌至形成透明澄清溶胶，再加入竹炭粉体，搅拌反应至形成凝胶；
(d)将步骤(3)得到的凝胶老化、干燥、煅烧，冷却后即得到所述载银TiO2改性竹炭材料；
步骤(c)中加入的竹炭粉体粒径为300～400目，比表面积大于100m2·g-1；竹炭粉体与钛酸四丁酯的质量比为(2.5～8)：1；
所述的硅藻土中SiO2有效含量＞80％，细度600目。
2.根据权利要求1所述的一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材，其特征在于，步骤(a)和步骤(b)中：无水乙醇、去离子水和钛酸四丁酯的摩尔比为(12～15)：(30～50)：1，硝酸银和钛酸四丁酯的质量比为(0.75～1.85)：100；
步骤(a)中加入的无水乙醇与步骤(b)中加入的无水乙醇的体积比为(1-2)：1。
3.根据权利要求1所述的一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材，其特征在于，所述的外加剂为早强型聚羧酸减水剂，固含量40％。
4.根据权利要求1所述的一种载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材，其特征在于，所述的硅酸盐水泥为52.5强度等级硅酸盐水泥，初凝时间<30min。
5.如权利要求1～4任一所述的载银TiO2改性竹炭-硅藻土复合墙体板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配方称取载银TiO2改性竹炭粉体、硅藻土粉体和硅酸盐水泥混合均匀，再加入混合后的减水剂和水，充分搅拌至形成流动浆体，再将流动浆体倒入模具中，振捣、抹面成型后置于室温下养护，拆模，即得到所述复合墙体板材。
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