CN108585690A - 一种高效光催化水泥基材料及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效光催化水泥基材料及其应用方法，包括如下质量百分比的各原料：水泥20～35％、矿物掺和料15～20％、废玻璃砂30～45％、红砖砂复合光催化剂5～10％、天然砂20～30％、高效减水剂0.2～1.0％和玻璃纤维2～5％；环保型外墙板由水泥基材料浇筑而成。利用红砖砂负载纳米二氧化钛，避免纳米材料易团聚，不易回收等问题且有效对建筑垃圾进行了资源二次利用；利用废旧红砖砂颗粒制备红砖砂复合光催化剂且红砖本身具有的多孔性能以及玻璃的透光性能能够增大此发明的孔隙率以及透光度，使光催化效果发挥的更高，即减少纳米材料的使用量的情况下达到同样的光催化效果，具有环保效益的同时更具经济效益。

Description

一种高效光催化水泥基材料及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料及其应用方法，尤其涉及一种高效光催化水泥基材料及其应用方法，属于建筑材料领域。

背景技术

随着我国工业水平的飞速发展，汽车已成为人们日常生活不可或缺的交通工具，与此同时人们对燃油的需求也成倍增长，然而燃油在使用过程中会产生大量的污染气体，其中氮氧化物不仅排放量较高，而且危害性较大，因此，对汽车尾气中NO_X的净化和治理迫在眉睫。近年来，纳米二氧化钛被开始应用于建筑领域降解环境中的氮氧化物以解决雾霾等空气质量问题，但是由于纳米材料易团聚影响光催化效率，且生产成本高，不易回收，所以更高效地发挥纳米二氧化钛的光催化特性显得尤为重要。

另一方面，随着城市化进程的加快，我国各地许多建筑物都达到使用年限，拆除后的建筑垃圾空前增加，而如何处理这些建筑垃圾也是我国可持续发展战略下的一个重点问题。在这些建筑物中，红砖占有很大一部分比例，将回收后的红砖破碎成砂颗粒可以取代天然砂等作为骨料，且红砖砂颗粒疏松多孔，比表面积大，可以用于负载纳米材料以制备复合光催化剂，较多的孔隙也有利于纳米材料与污染物接触，提高降解效率。与此同时，人们物质生活水平不断提高，生活垃圾排放量也与日俱增，为填埋这些生活垃圾浪费很多土地资源。据统计，我国城市固体废料中有6～11％为废玻璃，玻璃的主要化学成分为SiO₂、CaO、Na₂O、Al₂O₃，与天然砂性质相似，经破碎后具有天然砂的物理性质，且玻璃所具有的透光性能可提高光催化降解污染中的光能利用率。

发明内容

本发明的目的是为了降解空气中的氮氧化物，同时能够改善建筑垃圾以及生活垃圾污染严重、难以填埋处置等环境问题而提供的一种高效光催化水泥基材料；

本发明的另一个目的是为了一次浇筑养护制成，施工工艺简单，易于产品工业化生产而提供的一种光催化水泥基材料作为环保型外墙板的应用方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种光催化水泥基材料，包括如下质量百分比的各原料：水泥20～35％、矿物掺和料15～20％、废玻璃砂30～45％、红砖砂复合光催化剂5～10％、天然砂20～30％、高效减水剂0.2～1.0％和玻璃纤维2～5％。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述水泥为普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，强度等级≥42.5；

2.所述矿物掺和料为表面积＞20000Kg/m³的硅灰、二级粉煤灰或活性指数＞95％的矿渣微粉；

3.所述废玻璃砂是以废旧玻璃为原料，首先采用铁锤进行一次破碎，再采用球磨机进行二次破碎，然后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛进行筛分，将筛分后的废旧玻璃用水浸泡洗涤，煮沸冲洗，最后烘干得到废玻璃砂；

4.所述高效减水剂为聚羧酸盐类减水剂或氨基磺酸盐类减水剂；

5.所述红砖砂复合光催化剂是以废旧红砖为原料，首先采用铁锤一次破碎，再采用球磨机进行二次破碎，然后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛进行筛分，得到红砖砂，将筛分后的红砖砂用水浸泡洗涤，煮沸冲洗，最后烘干备用；将纳米二氧化钛、去离子水以1:100质量比混合，并加入分散剂，再用超声波分散仪分散，得到纳米二氧化钛溶液备用；将纳米二氧化钛溶液与红砖砂以2.5～3.5:5质量比混合，搅拌5min，浸泡1h后烘干，待冷却后，用去离子水洗涤，得到红砖砂复合光催化剂；

6.所述纳米二氧化钛为锐钛矿型；

7.所述分散剂为三聚磷酸；

一种光催化水泥基材料作为环保型外墙板的应用方法，具体制作步骤如下：

步骤一：称量搅拌：按比例称重原材料并在混凝土搅拌机中进行拌和，拌和2～3min，再加入水继续拌和3～5min，使材料呈自流平状；

步骤二：浇注模具：将步骤(1)拌和好的原材料一次性浇注入模具内，并使其均匀分布；

步骤三：振捣成型：将步骤(2)浇注后的模具置于振捣台上振捣1～2min，使材料内的气体完全逸出，饰面平整；

步骤四：养护：将浇筑振捣后的模具置于标准养护室内养护24h后拆模，将成型后的外墙板置于40℃环境中水养2d，再置于90℃环境中水养2d，得到环保型外墙板。本发明还包括这样一些特征：

所述环保型外墙板厚度为8～27mm，宽度为160～1100mm，长度为910～3300mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)利用红砖砂负载纳米二氧化钛，避免直接机械混合纳米材料易团聚，不易回收等问题，且有效对建筑垃圾进行了资源二次利用；

(2)利用废旧红砖砂颗粒制备红砖砂复合光催化剂，且红砖本身具有的多孔性能以及玻璃的透光性能能够增大此发明的孔隙率以及透光度，使光催化效果发挥的更高，即减少纳米材料的使用量的情况下达到同样的光催化效果，具有环保效益的同时更具经济效益；

(3)掺杂废旧玻璃砂，既解决废玻璃填埋问题，节约土地资源，维护生态环境可持续发展，又能增加水泥基材料的透光性，更利于纳米二氧化钛材料发挥光催化性能；

(4)环保型外墙板一次浇筑养护制成，施工工艺简单，易于产品工业化生产。

具体实施方式

一种光催化水泥基材料，其所含组分及各组分质量含量配比为：水泥20～35％、矿物掺和料15～20％、废玻璃砂30～45％、红砖砂复合光催化剂5～10％、天然砂20～30％、高效减水剂0.2～1.0％和玻璃纤维2～5％。

按上述方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，强度等级≥42.5级。

按上述方案，所述矿物掺和料为比表面积＞20000Kg/m³的硅灰或二级粉煤灰，或活性指数＞95％的矿渣微粉。

按上述方案，所述废玻璃砂为垃圾填埋场回收废旧玻璃，经铁锤进行人工一次破碎，再利用球磨机进行二次破碎后利用标准筛筛分(粒径分布为0.35mm-4.25mm)所得，将破碎后的废玻璃砂利用水浸泡洗涤，煮沸冲洗，去以除表面杂质，最后置于烘干箱中烘干取出。所述天然砂级配符合JGJ52-2006的要求。

按上述方案，所述红砖砂负载纳米二氧化钛复合光催化剂的制备方法为：将回收后的红砖先利用铁锤简单破碎，再利用球磨机进行二次破碎，最后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛筛分制成红砖砂。将红砖砂用水浸泡洗涤，煮沸冲洗以去除黏附的其他杂质，疏通孔道。最后置于烘干箱中烘干备用。将纳米二氧化钛、去离子水以1:100质量比混合制备溶液，加入分散剂综合处理，以防止纳米材料团聚，再用超声波分散仪分散即得到纳米二氧化钛溶液。将溶液与红砖砂以2.5～3.5:5质量比混合，并用玻璃棒搅拌5min，浸泡1h后放入烘干箱烘干后取出，待冷却后，用去离子水清洗若干次以除去负载不牢固的二氧化钛粉末，得到红砖砂复合光催化剂。

按上述方案，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型。

按上述方案，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠等无机分散剂，或聚丙烯酸钠盐、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠等有机分散剂。

按上述方案，所述高效减水剂为聚羧酸盐类减水剂、氨基磺酸盐类减水剂。

此外，本发明还涉及到一种环保型外墙板的制作方法，其特征在于，由上述高效光催化水泥基材料浇筑制成。

其中，所述环保型外墙板厚度为8～27mm，有效宽度为160～1100mm，有效长度为910～3300mm。

所述环保型外墙板制作方法为：

步骤一称量搅拌：按照上述比例称重原材料并在混凝土搅拌机中进行拌和，拌和2～3min，再加水再拌和3～5min，使材料呈自流平状；

步骤二浇注模具：将高效光催化水泥基材料一次性浇注入模具内，使其均匀分布于模具；

步骤三振捣成型：将浇筑后的模具置于振捣台上振捣1～2min，使材料内的气体完全逸出，饰面平整；

步骤四养护：将浇筑振捣后的模具置于标准养护室内养护24h后拆模，将成型后的外墙板置于40℃环境中水养2d，再置于90℃环境中水养2d；

至此，环保型外墙板制备完成。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本发明实施例所用水泥为普通硅酸盐水泥，砂子为细度模数在2.3～3.0的天然中砂，矿物掺和料为某工厂提供的二级粉煤灰及矿渣微粉，废玻璃为某垃圾填埋场回收所得，废红砖为校园附近某拆迁场地回收所得，玻璃纤维、聚羧酸减水剂(减水率大于30％)、分散剂(十二烷基硫酸钠)为市售。

制备废玻璃砂：将回收后的废旧玻璃用铁锤进行人工破碎，再利用球磨机进行二次破碎，将破碎后的废旧玻璃粉末利用标准筛筛分，选取粒径分布在0.35mm-4.25mm为实例用废玻璃砂。将废玻璃砂经水浸泡1h后洗涤，再经水煮沸1h后冲洗，以去除表面杂质，置于100摄氏度烘干箱中烘干1h后取出备用。

制备红砖砂复合光催化剂：将回收后的红砖先利用铁锤简单破碎，再利用球磨机进行二次破碎，最后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛筛分制成红砖砂。将磨碎后的红砖砂用水浸泡1h后洗涤，再经水煮沸1h后冲洗，以去除黏附的其他杂质，疏通孔道。最后置于100℃烘干箱中烘干24h后取出备用。将纳米二氧化钛、去离子水以1:100质量比混合制备溶液，加入分散剂十二烷基硫酸钠(加入量为纳米二氧化钛质量的1％)进行综合处理，以防止纳米材料团聚，再用超声波分散仪每隔30s分散2min，总共分散30min后即得到纳米二氧化钛溶液。将溶液与红砖砂以3:5质量比混合，并用玻璃棒搅拌5min，浸泡1h后放入100℃烘干箱烘干24h后取出，待冷却后，用去离子水清洗若干次以除去负载不牢固的二氧化钛粉末，得到红砖砂复合光催化剂。

制备高效光催化水泥基材料：将水泥24.1％、粉煤灰9.6％、矿渣微粉4.8％、废玻璃砂30％、红砖砂复合光催化剂7.7％、天然砂20％、聚羧酸减水剂0.8％以及玻璃纤维3％拌合均匀，加入适量水保证水泥砂浆流动度。

实施例2

本实施例详细说明了一种环保型外墙板的制作方法：

步骤一称量搅拌：按照实施例1所示质量比称重原材料并在混凝土搅拌机中进行拌和，拌和2～3min，再加水再拌和3～5min，使材料呈自流平状；

步骤二浇注模具：将高效光催化水泥基材料一次性浇注入模具内，使其均匀分布于模具，磨具尺寸为1500×250×15mm；

步骤三振捣成型：将浇注后的模具置于振捣台上振捣1～2min，使材料内的气体完全逸出，饰面平整；

步骤四养护：将浇筑振捣后的模具置于标准养护室内养护24h后拆模，将成型后的外墙板置于40℃环境中水养2d，再置于90℃环境中水养2d。

综上：本发明为一种高效光催化水泥基材料及其应用于环保型外墙板的使用方法，制备该水泥基材料的原材料包括以下重量百分含量的材料组分：水泥20～30％，矿物掺和料15～20％，天然砂20～30％，废旧玻璃砂30～45％，红砖砂负载纳米二氧化钛复合光催化剂5～10％，高效减水剂0.2～1.0％，玻璃纤维2～5％。将所述原料按比例拌合均匀，即得到所述光催化水泥基材料。所述环保型外墙板由上述水泥基材料浇注而成。本发明可有效减少建筑废弃物红砖及生活垃圾废旧玻璃的污染问题，实现资源回收再利用目的，符合可持续发展的世界主流，并能有效实现自清洁及降解空气中的氮氧化物，成品制作简单，施工方便，有较大的环境效益和经济效益。

Claims (10)

1.一种光催化水泥基材料，其特征在于，包括如下质量百分比的各原料：水泥20～35％、矿物掺和料15～20％、废玻璃砂30～45％、红砖砂复合光催化剂5～10％、天然砂20～30％、高效减水剂0.2～1.0％和玻璃纤维2～5％。

2.根据权利要求1所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，强度等级≥42.5。

3.根据权利要求1所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述矿物掺和料为表面积＞20000Kg/m³的硅灰、二级粉煤灰或活性指数＞95％的矿渣微粉。

4.根据权利要求1所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述废玻璃砂是以废旧玻璃为原料，首先采用铁锤进行一次破碎，再采用球磨机进行二次破碎，然后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛进行筛分，将筛分后的废旧玻璃用水浸泡洗涤，煮沸冲洗，最后烘干得到废玻璃砂。

5.根据权利要求1所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸盐类减水剂或氨基磺酸盐类减水剂。

6.根据权利要求1所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述红砖砂复合光催化剂是以废旧红砖为原料，首先采用铁锤一次破碎，再采用球磨机进行二次破碎，然后用粒径为0.35mm-4.25mm的标准筛进行筛分，得到红砖砂，将筛分后的红砖砂用水浸泡洗涤，煮沸冲洗，最后烘干备用；

将纳米二氧化钛、去离子水以1:100质量比混合，并加入分散剂，再用超声波分散仪分散，得到纳米二氧化钛溶液备用；

将纳米二氧化钛溶液与红砖砂以2.5～3.5:5质量比混合，搅拌5min，浸泡1h后烘干，待冷却后，用去离子水洗涤，得到红砖砂复合光催化剂。

7.根据权利要求6所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型。

8.根据权利要求6所述的一种光催化水泥基材料，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸。

9.一种光催化水泥基材料作为环保型外墙板的应用方法，其特征在于，具体制作步骤如下：

步骤一：称量搅拌：按比例称重原材料并在混凝土搅拌机中进行拌和，拌和2～3min，再加入水继续拌和3～5min；

步骤二：浇注模具：将步骤(1)拌和好的原材料一次性浇注入模具内；

步骤三：振捣成型：将步骤(2)浇注后的模具置于振捣台上振捣1～2min，饰面平整；

步骤四：将浇筑振捣后的模具置于标准养护室内养护24h后拆模，将成型后的外墙板置于40℃环境中水养2d，再置于90℃环境中水养2d，得到环保型外墙板。

10.根据权利要求9所述的一种光催化水泥基材料作为环保型外墙板的应用方法，其特征在于，所述环保型外墙板厚度为8～27mm，宽度为160～1100mm，长度为910～3300mm。