CN108101466A - 一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水体净化材料领域，公开了一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法。包括如下制备过程：（1）采用工业废渣、稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料和水制备底料；（2）将光催化剂、膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液混合后制备成混合液；（3）将混合液喷涂于底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。本发明制得的光催化透水混凝土与传统添加光催化剂的透水混凝土相比，透水混凝土孔隙率高，渗水效果好，催化剂分散性好，无团聚现象，而且与光接触良好，光能利用率高，具有优异的光催化效果，同时混凝土强度高，不易在底层脱落，使用耐久性好。

Description

一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及水体净化材料领域，公开了一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法。
背景技术
透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有与普通混凝土所不同的特点：容重小、水的毛细现象不显著、透水性大，水泥用量小、施工简单等，其应用范围逐步扩大。特别在植生型混凝土、堤岸护坡工程中大面积应用。作为环境负荷减少型混凝土，透水混凝土的研究开发越来越受到重视。
近年来，随着透水混凝土研究和应用规模的不断扩大，利用透水混凝土本身优异性能，各类特殊功能性的透水混凝土受到人们关注。如在污水净化领域，将透水混凝土图污水处理剂相结合，不仅能够降低施工成本，更能起到污水净化的作用。其中，光催化是一种新型的污染物无害化处理技术，目前已在抗菌自清洁、空气净化、有机污染物降解等方面得到了应用。将光催化剂应用于透水混凝土净化水体在治理河流水体、污水渗漏排放等方面具有重要要的价值。
目前，将光催化剂添加在多孔水泥基材料中用于净化环境的技术已见诸报道。但由于光催化剂需要在光照条件下才能够发挥良好的催化性能，需要充分吸收光、并有足够大的面积与污染物接触；直接加入水泥难以有效发挥光催化作用。另外，催化剂粒子的团聚现象比较严重，导致比表面积太小，催化效果太弱，而由此又导致氧化反应不彻底，反而容易产生其他有害物质。因此，如何使催化剂发挥最大的吸光、吸附面积是关键。
中国发明专利申请号201410543042.X公开了一种生态型纳米光催化全再生混凝土，该混凝土由以下重量份的各组分制备，包括水泥360~480份，负载光催化剂粗骨料1000~1200份，细骨料500~600份，辅助胶凝材料40~90份，高效减水剂4~10份，水150~180份。此发明具有如下优点：利用废弃混凝土生产的再生粗骨料、再生细骨料和再生混凝土粉，并将其用于混凝土的制备，实现了真正意义上的废弃混凝土全利用和资源零浪费，生态环保效应明显；且首次通过在再生粗骨料中负载纳米光催化组分，实现分解汽车尾气、优化大气环境的功能。
中国发明专利申请号201611175332.9公开了一种添加负载二氧化钛的聚丙烯填料的光催化透水砖，由下列重量份的原料制成：花岗岩边角废料40~43、废弃混凝土30~32、42.5级普通硅酸盐水泥20~22、涤棉织物边角料2~2.5、聚环氧氯丙烷二甲胺0.1~0.12、早强型聚羧酸减水剂0.3~0.4、水适量、聚丙烯粉末7~8、γ~氨丙基三乙基硅烷0.8~1、重铬酸钾0.8~1、浓度为10wt%的硫酸0.2~0.3、纳米二氧化钛4~5、去离子水适量。此发明产品耐压、抗折，具有极强的防污自洁、净化空气与水的功能，有效的解决了透水地砖的孔隙容易堵塞和对城市土壤污染的问题。
根据上述，现有方案中将混凝土与光催化剂相结合进行污水净化的技术，光催化剂在水泥中分散性差，团聚现象严重，比表面积小，难以吸收光，光能利用率差，催化活性差，对污水中有害物质的催化降解效果差。
发明内容
目前现有的混凝土中添加光催化剂的技术，存在光催化剂在水泥中分散性差，团聚现象严重，比表面积小，难以吸收光，光能利用率差，催化活性差，对污水中有害物质的催化降解效果差等问题，本发明提出了一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法，可有效解决上述技术问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，制备的具体过程为：
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护50~70min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣5~10份、稻草壳4~6份、乳胶粉5~8份、水泥25~30份、骨料10~15份、水31~51份；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂30~35份、膨胀玻璃粉5~8份、玻璃纤维10~15份、水玻璃溶液42~55份；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
优选的，步骤（1）所述工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物，各向尺寸均不大于0.5cm。
优选的，步骤（1）所述稻草壳的长度不大于4cm。
优选的，步骤（1）所述乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物胶粉、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸共聚物胶粉中的至少一种，粒径为50~200μm。
优选的，步骤（1）所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中的至少一种。
优选的，步骤（1）所述骨料为碎石或卵石，粒径为5~8mm。
优选的，步骤（2）所述光催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米硫化镉、纳米二氧化锆中的至少一种。
优选的，步骤（2）所述水玻璃溶液的浓度为40~45波美度。
本发明还提供一种由上述方法制备得到的一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土，可以在护坡、水底、滩涂施工，催化剂均匀的置于透水混凝土表面，不但具有良好的空隙渗水，而且与光接触良好，具有优异的光催化效果，而且强度高，不易于底层脱落。
在相同配合比下（普通混凝土C30配合比），测试本发明制备的透水混凝土的单位吸光面积、透水系数及混凝土强度，并与光催化剂共混制得的透水混凝土相对比，本发明的方法具有明显优势，如表1所示。
表1：
本发明提供了一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了将光催化剂喷涂于混凝土底料制备用于水体净化的光催化透水生态混凝土的方法。
2、通过将催化剂均匀的置于透水混凝土表面，透水混凝土孔隙率高，渗水效果好，而且与光接触良好，光能利用率高，具有优异的光催化效果。
3、本发明制备的透水混凝土强度高，不易在底层脱落，使用耐久性好。
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）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护60min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣8份、稻草壳5份、乳胶粉6份、水泥28份、骨料13份、水40份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物胶粉；水泥为硅酸盐水泥；骨料为碎石，平均粒径为6mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂33份、膨胀玻璃粉7份、玻璃纤维13份、水玻璃溶液47份；光催化剂为纳米二氧化钛；水玻璃溶液的浓度为43波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例1制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
实施例2
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护50min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣5份、稻草壳4份、乳胶粉5份、水泥25份、骨料10份、水51份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物胶粉；水泥为普通硅酸盐水泥；骨料为卵石，平均粒径为5mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂30份、膨胀玻璃粉5份、玻璃纤维10份、水玻璃溶液55份；光催化剂为纳米氧化锌；水玻璃溶液的浓度为40波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例2制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
实施例3
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护70min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣10份、稻草壳6份、乳胶粉8份、水泥30份、骨料15份、水31份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为丙烯酸共聚物胶粉；水泥为火山灰硅酸盐水泥；骨料为碎石，平均粒径为8mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂35份、膨胀玻璃粉8份、玻璃纤维15份、水玻璃溶液42份；光催化剂为纳米氧化锡；水玻璃溶液的浓度为45波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例3制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
实施例4
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护55min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣6份、稻草壳5份、乳胶粉6份、水泥27份、骨料12份、水44份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物胶粉；水泥为粉煤灰硅酸盐水泥；骨料为卵石，平均粒径为6mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂31份、膨胀玻璃粉6份、玻璃纤维12份、水玻璃溶液51份；光催化剂为纳米硫化镉；水玻璃溶液的浓度为42波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例4制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
实施例5
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护65min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣9份、稻草壳5份、乳胶粉7份、水泥27份、骨料13份、水39份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物胶粉；水泥为矿渣硅酸盐水泥；骨料为碎石，平均粒径为7mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂34份、膨胀玻璃粉7份、玻璃纤维14份、水玻璃溶液45份；光催化剂为纳米二氧化锆；水玻璃溶液的浓度为44波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例5制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
实施例6
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护62min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣8份、稻草壳5份、乳胶粉6份、水泥28份、骨料13份、水40份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为丙烯酸共聚物胶粉；水泥为硅酸盐水泥；骨料为卵石，平均粒径为6mm；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂33份、膨胀玻璃粉6份、玻璃纤维13份、水玻璃溶液48份；光催化剂为纳米二氧化钛；水玻璃溶液的浓度为44波美度；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
实施例6制得的透水混凝土，其单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
对比例1
将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料、光催化剂及水混合，制得光催化透水混凝土；按重量份计，其中：工业废渣8份、稻草壳5份、乳胶粉6份、水泥28份、骨料13份、光催化剂5分、水35份；工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物；乳胶粉为丙烯酸共聚物胶粉；水泥为硅酸盐水泥；骨料为卵石，平均粒径为6mm；光催化剂为纳米二氧化钛；
对比例1直接将光催化剂与混凝土原料进行混合搅拌，制得的透水混凝土的单位吸光面积、透水系数及混凝土强度如表2所示。
表2中各个性能指标的测试方法为：
采用比表面积测试仪，对透水混凝土的比表面积进行测定，计算单位吸光面积，表征其光能利用率；
采用透水系数测定仪，对透水混凝土的透水系数进行测定，计算平均值，表征其透水性能及孔隙性能；
将本发明混凝土制成边长为15cm的正方体，养护28天后采用混凝土强度检测仪测定混凝土强度。
表2：

Claims (9)

1.一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：
（1）将工业废渣与稻草壳、乳胶粉、水泥、骨料及水混合铺底，自然养护50~70min，制得底料；按重量份计，其中：工业废渣5~10份、稻草壳4~6份、乳胶粉5~8份、水泥25~30份、骨料10~15份、水31~51份；
（2）将光催化剂与膨胀玻璃粉、玻璃纤维、水玻璃溶液进行混合浸渍，制得混合液；按重量份计，其中：光催化剂30~35份、膨胀玻璃粉5~8份、玻璃纤维10~15份、水玻璃溶液42~55份；
（3）将步骤（2）制得的混合液喷涂于步骤（1）制得的底料的表面，即可制得用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
2.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述工业废渣为不含有重金属污染的工业生产产生的固体废弃物，各向尺寸均不大于0.5cm。
3.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述稻草壳的长度不大于4cm。
4.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物胶粉、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸共聚物胶粉中的至少一种，粒径为50~200μm。
5.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述骨料为碎石或卵石，粒径为5~8mm。
7.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述光催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米硫化镉、纳米二氧化锆中的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述水玻璃溶液的浓度为40~45波美度。
9.权利要求1~8任一项所述方法制备得到的一种用于水体净化的光催化透水生态混凝土。
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