CN107837803A - 一种用于净化汽车尾气的路面材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料及其制备方法，路面材料包括以下按照重量计的组分：二氧化钛5份‑20份，比表面积为700～1500m2/g的活性炭或比表面积为250～500m2/g的活性氧化铝。制备方法包括步骤：S10：洗涤活性炭，并脱水；S20：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合液，调节其pH值为3～4；S30：取步骤S10中的活性炭加入到步骤S20中的溶液中；S40：制备蒸馏水和无水乙醇混合液，加入至步骤S30中的反应体系中；S50：搅拌后静置，得到溶胶；S60：干燥溶胶；S70：磨碎溶胶，放入惰性气体保护的加热炉中，保温煅烧后冷却。本发明提供的路面材料可以用于大规模路面建设，汽车尾气收集容量大，处理效率高，制备方法步骤简单，容易操作。
Description
技术领域
本发明涉及公路建设材料技术领域，尤指一种用于净化汽车尾气的路面材料及其制备方法。
背景技术
目前国内已有关于道路路面领域净化汽车尾气的相关研究与工程应用试验实例，即将以二氧化钛为主体的光催化分解材料直接掺入沥青混合料或是涂刷与道路屏障，但是这种应用方式存在根本性的不足，如尾气收集容量有限，道路作为开放体系，汽车尾气流动与扩散极为不规律，因此，单纯喷涂或涂敷的二氧化钛与尾气接触的概率极小；又如单纯二氧化钛处理气体的种类比较单一，研究表明：二氧化钛对汽车中的碳氢化合物降解效率较高，可对氮氧化物处理效率较低，能够处理的汽车尾气种类单一。
因此，亟需一种新型的用于净化汽车尾气的路面材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于净化汽车尾气的路面材料及其制备方法，本发明提供的路面材料可以用于大面积和大规模的路面建设，从而实现较大的汽车尾气收集容量，达到较高的汽车尾气处理效率。
本发明提供的技术方案如下：
一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛5份-20份，多孔材料80份-95份，上述含量按重量计算。
优选地，所述多孔材料为活性炭，所述活性炭比表面积为700～1500m2/g；或；所述多孔材料为活性氧化铝，所述活性氧化铝的比表面积为250～500m2/g。
一种用于制备用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭，并在真空干燥箱中恒温脱水后备用；
S20：制备钛酸丁酯和无水乙醇的混合溶液，并调节该混合溶液的pH值为3～4；
S30：称取10～100g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S20中准备的溶液中，并搅拌；
S40：制备蒸馏水和无水乙醇的混合溶液，并将该混合溶液加入至步骤S30 中的反应体系中；
S50：持续搅拌后静置，得到黑色溶胶；
S60：对所述黑色溶胶进行干燥，除去所述黑色溶胶中的无水乙醇；
S70：将干燥后的黑色溶胶磨碎并装入坩埚，将所述坩埚放入有惰性气体保护的加热炉中，保温煅烧，冷却后即可制得负载二氧化钛的活性炭。
优选地，在所述步骤S10中，用蒸馏水洗涤所述活性炭3～10遍，所述真空干燥箱的工作温度为100℃，且脱水时间≥12h。
优选地，所述步骤S20包括步骤：
S21：取20～28ml无水乙醇，滴入硝酸溶液调节pH值为3～4；
S22：取5～7ml钛酸丁酯，且所述钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1：4，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
优选地，在所述步骤S30中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为 20～60min。
优选地，在所述步骤S40中，取3～7mL蒸馏水和10～15mL无水乙醇成混合溶液，并将该混合溶液按照25～35d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液。
优选地，在所述步骤S50中，搅拌时间为7～15min。
优选地，在所述步骤60中，干燥的温度为恒温60℃，干燥时间≥12h。
优选地，在所述步骤S70中，用研钵将干燥后的所述黑色溶胶磨碎，所述加热炉采用马弗炉，所述惰性气体为氮气，所述马弗炉的升温速率为3～8℃ /min，当所述马弗炉温度升至400～500℃时，保温煅烧3～5h，冷却温度为室温。
一种用于制备用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂至钛酸丁酯形成螯合物，得到溶胶；
S20：向所述溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至所述溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：干燥所述凝胶，去除所述凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：将干燥后的溶胶磨碎并装入坩埚，将所述坩埚放入有惰性气体保护的加热炉中，保温煅烧，冷却后即可制得负载二氧化钛的活性氧化铝。
优选地，在所述步骤S10中，所述抑制剂采用冰醋酸，所述溶胶的颗粒分布在1～20mm。
优选地，在所述步骤S30中，干燥温度为100℃，干燥时间为≥24h。
优选地，在所述步骤S40中，用研钵将干燥后的凝胶磨碎，所述加热炉采用马弗炉，所述惰性气体为氮气，所述马弗炉的升温速率为3～8℃/min，当所述马弗炉温度升至400～500℃时，保温煅烧3～5h，冷却温度为室温。
本发明提供的用于净化汽车尾气的路面材料可以用于大面积和大规模的路面建设，从而实现较大的汽车尾气收集容量，达到较高的汽车尾气处理效率，路面材料的制备方法步骤简单，容易操作。
本发明提供的用于净化汽车尾气的路面材料可以实现以下至少一种有益效果：
(1)相比现有技术仅有净化气体的功能，本发明的用于净化汽车尾气的路面材料不仅具有气体净化功能，而且其丰富的微孔和大比表面积能够有效富集尾气，最大限度的防止尾气进入大气环境。
(2)相比常规二氧化钛催化，本发明中的多孔材料无论是活性炭还是活性氧化铝，其内部都具有活性较高的化学官能团，在光照环境下，不仅可进一步增强二氧化钛降解汽车尾气的能力，而且还能诱发与扩大净化汽车尾气的种类。
(3)本发明采用溶胶凝胶法将二氧化钛负载于多孔材料，步骤少，工艺简单，容易操作。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的用于净化汽车尾气的路面材料的制备方法的一种具体实施例的步骤示意图；
图2是本发明的用于净化汽车尾气的路面材料的制备方法的另一种具体实施例的步骤示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
实施例一
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛5份，活性炭80份，上述含量按重量计算，活性炭比表面积为700m2/g。
本具体实施例还公开了一种用于制备上述用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭3遍，并在真空干燥箱中在100℃下恒温脱水 12h后备用；
S21：取24ml无水乙醇(分析纯，95％)，滴入硝酸溶液调节pH值为3.5；
S22：取6ml钛酸丁酯(试剂级，99％)，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
S30：称取10g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S22中准备的溶液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为20min；
S40：取5mL蒸馏水和13mL无水乙醇(分析纯，95％)成混合溶液，并将该混合溶液按照30d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液；
S50：持续搅拌10min后静置，得到黑色溶胶；
S60：对黑色溶胶在恒温60℃下干燥12h，使黑色溶胶中的无水乙醇慢慢挥发；
S70：用研钵将干燥后的黑色溶胶磨碎装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为5℃/min，当马弗炉温度升至450℃时，保温煅烧4h，室温冷却得到负载二氧化钛的活性炭。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例二
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛10份，活性炭85份，上述含量按重量计算，活性炭比表面积为 900m2/g。
本具体实施例还公开了一种用于制备上述用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭5遍，并在真空干燥箱中在100℃下恒温脱水 14h后备用；
S21：取20ml无水乙醇(分析纯，95％)，滴入硝酸溶液调节pH值为3；
S22：取5ml钛酸丁酯(试剂级，99％)，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
S30：称取30g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S22中准备的溶液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为30min；
S40：取3mL蒸馏水和10mL无水乙醇(分析纯，95％)成混合溶液，并将该混合溶液按照25d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液；
S50：持续搅拌7min后静置，得到黑色溶胶；
S60：对黑色溶胶在恒温55℃下干燥14h，使黑色溶胶中的无水乙醇慢慢挥发；
S70：用研钵将干燥后的黑色溶胶磨碎装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为3℃/min，当马弗炉温度升至420℃时，保温煅烧3h，室温冷却得到负载二氧化钛的活性炭。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例三
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛15份，活性炭90份，上述含量按重量计算，活性炭比表面积为 1200m2/g。
本具体实施例还公开了一种用于制备上述用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭7遍，并在真空干燥箱中在100℃下恒温脱水 16h后备用；
S21：取20ml无水乙醇(分析纯，95％)，滴入硝酸溶液调节pH值为3.6；
S22：取5ml钛酸丁酯(试剂级，99％)，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
S30：称取60g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S20中准备的溶液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为45min；
S40：取7mL蒸馏水和15mL无水乙醇(分析纯，95％)成混合溶液，并将该混合溶液按照28d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液；
S50：持续搅拌12min后静置，得到黑色溶胶；
S60：对黑色溶胶在恒温60℃下干燥16h，使黑色溶胶中的无水乙醇慢慢挥发；
S70：用研钵将干燥后的黑色溶胶磨碎装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为8℃/min，当马弗炉温度升至500℃时，保温煅烧5h，室温冷却得到负载二氧化钛的活性炭。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例四
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛20份，活性炭95份，上述含量按重量计算，活性炭比表面积为 1500m2/g。
本具体实施例还公开了一种用于制备上述用于净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭10遍，并在真空干燥箱中在100℃下恒温脱水 20h后备用；
S21：取28ml无水乙醇(分析纯，95％)，滴入硝酸溶液调节pH值为4；
S22：取7ml钛酸丁酯(试剂级，99％)，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
S30：称取100g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S20中准备的溶液中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为60min；
S40：取6mL蒸馏水和12mL无水乙醇(分析纯，95％)成混合溶液，并将该混合溶液按照35d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液；
S50：持续搅拌15min后静置，得到黑色溶胶；
S60：对黑色溶胶在恒温60℃下干燥22h，使黑色溶胶中的无水乙醇慢慢挥发；
S70：用研钵将干燥后的黑色溶胶磨碎，装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为6℃/min，当马弗炉温度升至480℃时，保温煅烧 4.5h，室温冷却得到负载二氧化钛的活性炭。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例五
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛5份，多孔材料80份，上述含量按重量计算。所述多孔材料为比表面积为250m2/g的活性氧化铝。
本具体实施例还公开了用于制备上述净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂冰醋酸至钛酸丁酯形成螯合物，得到颗粒分布在1mm的溶胶；
S20：向溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：恒温100℃干燥凝胶24h，去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：用研钵将干燥后的凝胶磨碎，装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为5℃/min，当马弗炉温度升至450℃时，保温煅烧4h，室温冷却后得到负载二氧化钛的活性氧化铝。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例六
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛10份，多孔材料85份，上述含量按重量计算。所述多孔材料为比表面积为350m2/g的活性氧化铝。
本具体实施例还公开了用于制备上述净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂冰醋酸至钛酸丁酯形成螯合物，得到颗粒分布在8mm的溶胶；
S20：向溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：恒温100℃干燥凝胶26h，去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：用研钵将干燥后的凝胶磨碎，装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为3℃/min，当马弗炉温度升至400℃时，保温煅烧3h，室温冷却后得到负载二氧化钛的活性氧化铝。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例七
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛15份，多孔材料90份，上述含量按重量计算。所述多孔材料为比表面积为460m2/g的活性氧化铝。
本具体实施例还公开了用于制备上述净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂冰醋酸至钛酸丁酯形成螯合物，得到颗粒分布在15mm的溶胶；
S20：向溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：恒温100℃干燥凝胶30h，去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：用研钵将干燥后的凝胶磨碎，装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为8℃/min，当马弗炉温度升至500℃时，保温煅烧5h，室温冷却后得到负载二氧化钛的活性氧化铝。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
实施例八
本具体实施例公开了一种用于净化汽车尾气的路面材料，包括以下组分：二氧化钛20份，多孔材料95份，上述含量按重量计算。所述多孔材料为比表面积为500m2/g的活性氧化铝。
本具体实施例还公开了用于制备上述净化汽车尾气的路面材料的方法，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂冰醋酸至钛酸丁酯形成螯合物，得到颗粒分布在20mm的溶胶；
S20：向溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：恒温100℃干燥凝胶33h，去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：用研钵将干燥后的凝胶磨碎，装入坩埚中放入有氮气保护的马沸炉，马弗炉的升温速率为6℃/min，当马弗炉温度升至460℃时，保温煅烧3.8h，室温冷却后得到负载二氧化钛的活性氧化铝。
本具体实施例中的路面材料具有较强的汽车尾气富集能力，且可以处理多种类汽车尾气，其制备方法简单，容易操作。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
包括以下组分：二氧化钛5份-20份，多孔材料80份-95份，上述含量按重量计算。
2.如权利要求1所述的用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
所述多孔材料为活性炭，所述活性炭比表面积为700～1500m2/g；
或；
所述多孔材料为活性氧化铝，所述活性氧化铝的比表面积为250～500m2/g。
3.一种用于制备用于净化汽车尾气的路面材料的方法，其特征在于，包括步骤：
S10：用蒸馏水洗涤活性炭，并在真空干燥箱中恒温脱水后备用；
S20：制备钛酸丁酯和无水乙醇的混合溶液，并调节该混合溶液的pH值为3～4；
S30：称取10～100g步骤S10中准备的活性炭，加入到步骤S20中准备的溶液中，并搅拌；
S40：制备蒸馏水和无水乙醇的混合溶液，并将该混合溶液加入至步骤S30中的反应体系中；
S50：持续搅拌后静置，得到黑色溶胶；
S60：对所述黑色溶胶进行干燥，除去所述黑色溶胶中的无水乙醇；
S70：将干燥后的黑色溶胶磨碎并装入坩埚，将所述坩埚放入有惰性气体保护的加热炉中，保温煅烧，冷却后即可制得负载二氧化钛的活性炭。
4.如权利要求1所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
在所述步骤S10中，用蒸馏水洗涤所述活性炭3～10遍，所述真空干燥箱的工作温度为100℃，且脱水时间≥12h。
5.如权利要求1所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
所述步骤S20包括步骤：
S21：取20～28ml无水乙醇，滴入硝酸溶液调节pH值为3～4；
S22：取5～7ml钛酸丁酯，且所述钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1：4，滴入至步骤S21制备的溶液中，且在滴入的过程中不断搅拌。
6.如权利要求1所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
在所述步骤S30中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为20～60min。
7.如权利要求1所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
在所述步骤S40中，取3～7mL蒸馏水和10～15mL无水乙醇成混合溶液，并将该混合溶液按照25～35d/min的滴定速度滴入到步骤S30中的反应体系中，且在滴入的过程中不断搅拌混合溶液。
8.如权利要求1所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料，其特征在于：
在所述步骤S50中，搅拌时间为7～15min；
和/或；
在所述步骤60中，干燥的温度为恒温60℃，干燥时间≥12h；
和/或；
在所述步骤S70中，用研钵将干燥后的所述黑色溶胶磨碎，所述加热炉采用马弗炉，所述惰性气体为氮气，所述马弗炉的升温速率为3～8℃/min，当所述马弗炉温度升至400～500℃时，保温煅烧3～5h，冷却温度为室温。
9.一种用于制备用于净化汽车尾气的路面材料的方法，其特征在于，包括步骤：
S10：制备钛酸丁酯和无水乙醇混合溶液，向该混合溶液中添加抑制剂至钛酸丁酯形成螯合物，得到溶胶；
S20：向所述溶胶中加入去离子水，使胶体粒子形成一种开放的骨架结构，同时加入活性氧化铝，直至所述溶胶失去流动性，形成凝胶；
S30：干燥所述凝胶，去除所述凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂；
S40：将干燥后的溶胶磨碎并装入坩埚，将所述坩埚放入有惰性气体保护的加热炉中，保温煅烧，冷却后即可制得负载二氧化钛的活性氧化铝。
10.如权利要求9所述的用于制备用于净化汽车尾气的路面材料的方法，其特征在于：
在所述步骤S10中，所述抑制剂采用冰醋酸，所述溶胶的颗粒分布在1～20mm；
和/或；
在所述步骤S30中，干燥温度为100℃，干燥时间为≥24h；
和/或；
在所述步骤S40中，用研钵将干燥后的凝胶磨碎，所述加热炉采用马弗炉，所述惰性气体为氮气，所述马弗炉的升温速率为3～8℃/min，当所述马弗炉温度升至400～500℃时，保温煅烧3～5h，冷却温度为室温。
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