CN109987967A - 一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土 - Google Patents

一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其包括：通过在多孔隙水泥混凝土上面层涂抹纳米二氧化钛分散液。用于提高多孔隙水泥混凝土路面对有机污染物、氨氮污染物和磷污染物的净化效果。本发明加入纳米二氧化钛分散液后可以提高多孔隙水泥混凝土样块对雨水径流污染物的净化效果，尤其是对氨氮污染物和有机污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果，以有效缓解径流污水的污染问题。

Description

一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土
技术领域
本发明属于雨水污染技术领域，具体涉及一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土。
背景技术
目前全球水资源紧缺、环境恶化、生态文明建设需求日益增加，因此，研究绿色环保的多孔隙路面材料的水净化性，能让多孔隙铺装切实有效地在水资源节约、生态可持续和环境保护等方面起到作用。多孔隙水泥混凝土采用水泥、水、透水砼增强剂(胶结材料)掺配高质量的单一粒径或间断级配骨料所组成，是具有一定孔隙率的混合材料。海域附近的城市对于多孔隙透水路面主要的要求是可以通过透水铺装实现雨水渗入土壤或返排入江河充分利用水资源，使雨水回收利用变废为宝。然而当前多孔隙水泥混凝土的研究在雨水径流污染的净化性能和影响规律等方面还处在起步阶段，多孔隙水泥混凝土虽然对固体悬浮物有较好的净化效果。
关于透水铺装材料本申请人有下述方面的技术：
申请号CN201710900256.1提供了一种多孔隙水泥混凝土浸出液及其制备方法和该浸出液的生物毒性的检测方法，该浸出液的制备方法为：将多孔隙水泥混凝土样块经养护后浸没在pH值为中性的纯水内；每间隔一段时间，检测该反应体系的pH值；待pH值稳定后，将多孔隙水泥混凝土样块取出，得到该浸出液。该检测方法为：将斑马鱼幼鱼分别放入多孔隙水泥混凝土浸出液和标准缓冲液内，均培养0‐96h后判定该浸出液的毒性情况。该发明的生物毒性的检测方法具有现实意义、理论性强、操作简便和适应性强等特点，能够用来判断各种多孔隙水泥混凝土是否具备环境友好特性和生物相容性；并且判断其浸出液是否可以直接回收再利用，是否会影响附近流域的生态环境。
申请号CN201810279489.9提供了一种雨水径流污染物的净化方法以及含石英砂的净化材料，该净化方法包括：通过加入净水滤料石英砂与多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物进行净化，净水滤料石英砂铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面，雨水径流污染物包括悬浮物、氨氮污染物和总磷污染物，该净化材料包括多孔隙水泥混凝土集料以及铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面的石英砂。加入净水滤料石英砂后可以提高多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物的净化效果，尤其对氨氮污染物和总磷污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果，并可以灵活应对不同污染物的环境，从而能够有效缓解径流污水的污染问题。
申请号CN201810286154.X提供了一种雨水径流污染物的净化方法以及含活性炭的净化材料，该净化方法包括：通过加入净水滤料活性炭与多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物进行净化，净水滤料活性炭铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面，雨水径流污染物包括悬浮物、氨氮污染物和总磷污染物，该净化材料包括多孔隙水泥混凝土集料以及铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面的活性炭。该发明加入净水滤料活性炭后可以提高多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物的净化效果，尤其对氨氮污染物和总磷污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果，并可以灵活应对不同污染物的环境，从而能够有效缓解径流污水的污染问题。
申请号CN201810286152.0提供了一种雨水径流污染物的净化方法以及含沸石的净化材料，该净化方法包括：通过加入净水滤料沸石与多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物进行净化，净水滤料沸石铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面，雨水径流污染物包括悬浮物污染物、氨氮污染物和总磷污染物，该净化材料包括多孔隙水泥混凝土集料以及铺放于多孔隙水泥混凝土集料的下面的沸石。该发明加入净水滤料沸石后可以提高多孔隙水泥混凝土集料对雨水径流污染物的净化效果，尤其对氨氮污染物和总磷污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果，并可以灵活应对不同污染物的环境，从而能够有效缓解径流污水的污染问题。
但是上述技术发现多孔隙水泥混凝土对于有机污染物、氨氮污染物和磷污染物的净化效果均在10%-30%，不具备有效的净化能力，更无法对不同环境的污染问题进行有效解决，如图1单一粒径多孔隙水泥混凝土对总磷去除率和图2单一粒径多孔隙水泥混凝土对氨氮去除率所示，降雨强度和时间对水中污染物去除率影响不大。
纳米二氧化钛具有光催化功能，可以对水中污染物进行降解。二氧化钛粒子本身是很稳定的存在，但是它吸收了紫外光的能量以后，开始向周围释放自己身上的电子，它抛出的电子和自身空出的电位会对污染物分子进行撕扯，而当能量减弱以后，二氧化钛粒子释放的电子会返回自身和空出的电位结合，于是，二氧化钛粒子在不消耗自己的情况下，将有机物降解，最终的产物是二氧化碳和水。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，目的是提供一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土。
本发明的再一目的在于：提供上述具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土产品的应用。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，以多孔隙水泥混凝土为基体，向至少多孔隙水泥混凝土集料成品样块的上表面涂抹、滴浸或浸泡纳米二氧化钛分散液，所述纳米二氧化钛分散液为浓度范围在0.05g/L——2g/L的水分散液。
所述的多孔隙水泥混凝土集料成品样块，包括以下制备步骤：
多孔隙水泥混凝土样块的集料可选用单一粒径或者级配组合，水泥可采用42.5MPa或52.5MPa的硅酸盐水泥，水灰比建议选用0.25-0.32，建议采用震动压实法成型。
通过向多孔隙水泥混凝土样块表面涂抹纳米二氧化钛分散液提高对雨水径流污染物净化效果，所述纳米二氧化钛分散液采用P25纳米二氧化钛分散于水中形成分散液，浓度范围在0.05g/L——2g/L，其中，浓度可以是：0.05g/L、0.1g/L、0.15g/L、0.2g/L、0.25g/L、0.3g/L、0.35g/L、0.4g/L、0.45g/L、0.5g/L、0.55g/L、0.6g/L、0.65g/L、0.7g/L、0.75g/L、0.8g/L、0.85g/L、0.9g/L、0.95g/L、1 g/L、1.05g/L、1.1g/L、1.15g/L、1.2g/L、1.25g/L、1.3g/L、1.35g/L、1.4g/L、1.45g/L、1.5g/L、1.55g/L、1.6g/L、1.65g/L、1.7g/L、1.75g/L、1.8g/L、1.85g/L、1.9g/L、1.95g/L或2g/L。
实际上，纳米二氧化钛分散液涂抹于多孔隙水泥混凝土上表面。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块选自玄武岩、花岗岩和石英岩中的任意一种或几种。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块的粒径为4.75-9.50mm，比表面积为200-900m2/g。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块的粒径水泥可采用42.5MPa或52.5MPa的硅酸盐水泥。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块水灰比值建议选用0.25-0.32。
本发明还提供一种根据上述具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土的应用，用于提高对雨水径流污染物净化效果。
所述雨水径流污染物包括有机污染物、氨氮污染物和磷污染物。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明通过向多孔隙水泥混凝土样块表面涂抹纳米二氧化钛分散液提高了对雨水径流污染物净化效果。可以提高多孔隙水泥混凝土样块对有机污染物、氨氮污染物和磷污染物的净化效果，尤其是对氨氮污染物和有机污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该雨水径流污染物的净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果对径流污染环境的净化能力具有重要意义。
第二、本发明的净化方法具有现实意义、理论性强、操作简便和适应性强等特点，与仅采用多孔隙水泥混凝土进行净化相比，其能够较为明显地提高透水路面结构对径流污染物的去除能力，从而减弱了径流污染物对附近流域的生态环境的影响。
附图说明
图1，单一粒径多孔隙水泥混凝土对总磷去除率；
图2，单一粒径多孔隙水泥混凝土对氨氮去除率；
图3，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对亚甲基蓝、总磷、氨氮去除率。
具体实施方式
实施例1
一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其包括以下步骤：
1）多孔隙水泥混凝土样块，其集料选用单一粒径或者级配组合，水泥可采用42.5MPa的硅酸盐水泥，水灰比选用0.25，成型方法建议采用震动压实法得到。
2）纳米二氧化钛分散液采用P25纳米二氧化钛分散于水中形成分散液，浓度为1.5g/L和1.0g/L。
实际上，纳米二氧化钛分散液涂抹于多孔隙水泥混凝土上表面。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块选自玄武岩、花岗岩和石英岩中的任意一种或几种。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块的粒径范围是4.75-9.50mm，比表面积为200-900m2/g。
优选地，雨水径流污染物包括有机污染物、氨氮污染物和磷污染物。
3）一种净化材料，将步骤2）纳米二氧化钛分散液涂抹于步骤1）多孔隙水泥混凝土样块上得到。
净化效果如图3所示，浓度为1.5g/L和1.0g/L纳米二氧化钛分散液涂抹于多孔隙水泥混凝土上表面，以降雨时间90分钟计：
图3a，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对亚甲基蓝去除率分别为：1.5g/L的亚甲基蓝去除率为45%和1.0g/L的亚甲基蓝去除率为55%；
图3b，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对总磷去除率分别为：1.5g/L的总磷去除率为45%和1.0g/L的总磷去除率几乎重叠，为50%；
图3c，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对氨氮去除率分别为：1.5g/L的氨氮去除率为60%和1.0g/L的氨氮去除率为65%。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明所通过向多孔隙水泥混凝土样块表面涂抹纳米二氧化钛分散液提高对雨水径流污染物净化效果。可以提高多孔隙水泥混凝土样块对有机污染物、氨氮污染物和磷污染物的净化效果，尤其是对氨氮污染物和有机污染物的净化效果均有很大幅度提高。因此，该雨水径流污染物的净化方法可以直接有效地提高多孔隙水泥混凝土的净化效果对径流污染环境的净化能力具有重要意义。
第二、本发明的净化方法具有现实意义、理论性强、操作简便和适应性强等特点，与仅采用多孔隙水泥混凝土进行净化相比，其能够较为明显地提高透水路面结构对径流污染物的去除能力，从而减弱了径流污染物对附近流域的生态环境的影响。
实施例2
一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其包括以下步骤：
1）多孔隙水泥混凝土样块的集料可选用单一粒径或者级配组合，水泥采用52.5MPa的硅酸盐水泥，水灰比建议选用0.32，成型方法采用震动压实法。
2）所述纳米二氧化钛分散液采用P25纳米二氧化钛分散于水中形成分散液，浓度为0.5g/L。
实际上，纳米二氧化钛分散液涂抹于多孔隙水泥混凝土上表面。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块选自玄武岩、花岗岩和石英岩中的任意一种或几种。
优选地，多孔隙水泥混凝土样块的粒径为4.75-9.50mm，比表面积为200-900m2/g。
优选地，雨水径流污染物包括有机污染物、氨氮污染物和磷污染物。
3）净化材料：将步骤2）浓度为0.5g/L纳米二氧化钛分散液通过涂抹、滴浸或浸泡的方式负载于步骤1）的多孔隙水泥混凝土样块表面制得。
净化效果如图3所示，浓度为0.5g/L和1.0g/L纳米二氧化钛分散液涂抹、滴浸或浸泡方式负载在多孔隙水泥混凝土的表面，以降雨时间90分钟计：
图3a，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对亚甲基蓝去除率分别为：涂抹的亚甲基蓝去除率为55%，滴浸的亚甲基蓝去除率为60%以上，以及浸泡负载的亚甲基蓝去除率为58%；
图3b，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对总磷去除率分别为：涂抹的总磷去除率为90%，滴浸的总磷去除率为85%，以及浸泡负载的总磷去除率为70%；
1.5g/L的总磷去除率为45%和1.0g/L的总磷去除率几乎重叠，为50%；
图3c，单一粒径多孔隙水泥混凝土负载纳米二氧化钛对氨氮去除率分别为：涂抹的氨氮去除率近80%，滴浸的氨氮去除率为70%以上，以及浸泡负载的氨氮去除率为645%以上。
从上述实施例进一步了解本发明，纳米二氧化钛分散液的浓度与净化效果相关，但浓度高不一定对净化效果有利，故以0.05g/L-2.0g/L为宜；另外，纳米二氧化钛分散液的负载方式也会对净化材料的净化效果有影响，本发明提供了三种有效的涂抹、滴浸和浸泡负载方式。

Claims (8)

1.一种具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，以多孔隙水泥混凝土为基体，其特征在于：至少向多孔隙水泥混凝土集料的成品样块上表面涂抹、滴浸或浸泡纳米二氧化钛分散液，所述纳米二氧化钛分散液为浓度范围在0.05g/L——2g/L的水分散液。
2.根据权利要求1所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其特征在于：所述的多孔隙水泥混凝土集料成品样块，其集料选用单一粒径或者级配组合，水泥采用42.5MPa或52.5MPa的硅酸盐水泥，水灰比选用0.25-0.32，采用震动压实法成型得到。
3.根据权利要求1或2所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其特征在于：所述向多孔隙水泥混凝土成品样块的表面涂抹的纳米二氧化钛分散液采用P25纳米二氧化钛分散于水中形成分散液。
4.根据权利要求1或2所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其特征在于：所述多孔隙水泥混凝土集料选自玄武岩、石灰岩岩和石英岩中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其特征在于：所述多孔隙水泥混凝土的粒径为4.75-9.50mm，比表面积为200-900m2/g。
6.根据权利要求1或2所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土，其特征在于：所述纳米二氧化钛分散液涂抹于所述多孔隙水泥混凝土样块的上表面。
7.一种根据权利要求1至6任一项所述具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土的应用，其特征在于：用于提高对雨水径流污染物净化效果。
8.根据权利要求7所述的具有光催化净化效果的多孔隙水泥混凝土的应用，其特征在于：所述雨水径流污染物包括有机污染物、氨氮污染物和磷污染物。
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