CN110194606A - 一种光催化再生微粉的制备方法，混凝土原料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光催化再生微粉的制备方法，混凝土原料及制备方法，涉及建筑材料技术领域，包括依次进行的如下步骤，将混凝土废弃原料进行破碎制得原料再生微粉，采用超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨制得活性再生微粉，以活性再生微粉为基体，采用溶胶‑凝胶法制备TiO₂‑再生微粉晶体。TiO₂‑再生微粉晶体具有较好的光催化效果，应用于混凝土或砂浆中，在阳光的作用下能够使大气中的污染物进行氧化降解，从而净化环境，具有良好的环保意义。

Description

一种光催化再生微粉的制备方法，混凝土原料及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种光催化再生微粉的制备方法，混凝土原料及制备方法。

背景技术

随着建筑行业的飞速发展，对建筑材料的需求量不断增加，建筑业可持续发展与建筑材料短缺的矛盾也日益突出，建筑垃圾再生利用已成为国内外的普遍共识。利用建筑垃圾制成再生骨料，取代部分天然骨料配制混凝土及其制品，既可以节省天然资源，又能减轻固体废弃物对环境的污染，这对解决砂石资源的短缺、降低骨料成本、解决建筑垃圾的处理、保护土地和环境、发展循环经济都有积极的作用和显著的效果。目前，对废弃混凝土的利用主要集中在再生骨料方面的研究，对破碎或整形过程中产生的再生微粉的研究应用尚不成熟。但是，再生微粉的产出量很大，约占废弃混凝土总质量的15％～20％左右，如何利用好再生微粉是建筑垃圾综合利用、实现零排放的瓶颈。

目前有关研究利用建筑垃圾制成再生微粉，通过机械活化或化学激发，使其潜在的活性在混凝土应用过程中得到发挥。相关研究主要通过机械球磨的方式进行机械活化，再生微粉在机械力的作用下发生脆性、塑性变化，内部产生裂纹，细化，比表面积增加等，产生大量的新表面，晶体的结晶度逐渐减弱，晶格产生缺陷和位移，造成再生微粉活性和自由能增加，由于球磨不能精准控制再生微粉的粒径大小，球磨过程中球磨程度不同导致粒径分布不均匀，少量再生微粉发生团聚现象，影响再生微粉的活性激发。化学激发主要应用于碱激发，碱激发虽然对活性有一定的提高，但是将大量的碱带入混凝土，将会引起混凝土碱骨料反应，影响混凝土耐久性能。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化再生微粉的制备方法，该制备方法能制备出颗粒粒径分布均匀，粒型圆润完整的再生微粉，也能有效提升再生微粉的活性。

本发明的另一目的在于提供一种混凝土原料及制备方法，将 TiO₂-再生微粉晶体应用于混凝土或砂浆中，在阳光的作用下能够使大气中的污染物进行氧化降解，从而净化环境，缓解了粉尘和雾霾的影响。

本发明是这样实现的：

一种光催化再生微粉的制备方法，包括依次进行的如下步骤，将混凝土废弃原料进行破碎制得原料再生微粉，采用超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨制得活性再生微粉，以活性再生微粉为基体，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体。

在本发明应用较佳的实施例中，上述超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨的时间为30-90min，活性再生微粉的粒径为0.5-20μm。

在本发明应用较佳的实施例中，上述溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体所采用的钛源为钛酸四丁酯，钛源的溶剂为无水乙醇、硝酸和去离子水。

在本发明应用较佳的实施例中，上述TiO₂的制备方法是钛酸四丁酯法，在其他实施例中，TiO₂的制备方法还可以是化学气相沉淀法或者四氧化钛水解法。

在本发明应用较佳的实施例中，上述溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体还包括对钛源的溶解步骤，溶解步骤包括先将钛源加到无水乙醇中，搅拌制得A液；将去离子水和浓硝酸加到无水乙醇中，搅拌制得B液；将B液逐滴加入A液中，搅拌制得AB液。通过B液逐滴加入A液的方式可以有效控制水解反应速度。

在本发明应用较佳的实施例中，上述制备A液时，钛源与无水乙醇的体积比为1:5-7，制备B液时，去离子水与无水乙醇的体积比为1:5-7，AB液的凝胶呈乳白色；

优选的，上述制备A液时，钛源与无水乙醇的体积比为1:6，制备B液时，去离子水与无水乙醇的体积比为1:6，AB液的凝胶呈乳白色。

在本发明应用较佳的实施例中，上述制备方法还包括将AB液加入活性再生微粉的悬浮液中，依次进行搅拌，陈化，烘干，煅烧制得 TiO2-再生微粉晶体。

在本发明应用较佳的实施例中，上述陈化的时间为20-24小时，烘干的温度为105-110℃，煅烧的温度为450-500℃，煅烧的时间为 2-2.5小时。

在本发明应用较佳的实施例中，上述将混凝土废弃原料进行破碎制得原料再生微粉后还包括筛选步骤，将破碎制得的原料再生微粉用 0.5mm孔径的筛网筛取筛余物作为光催化再生微粉的原料。

在本发明应用较佳的实施例中，上述在制得TiO₂-再生微粉晶体后对TiO₂-再生微粉晶体进行光催化活性检测，将TiO₂-再生微粉晶体加入甲基橙溶液中，在太阳光的照射下进行反应，在465nm下测定 TiO₂-再生微粉晶体的吸光度，并计算对甲基橙溶液的降解程度。

一种混凝土原料，其含有由光催化再生微粉的制备方法所制得的光催化再生微粉与水泥，砂，水混合制得混凝土。

一种混凝土的制备方法，其包括：将混凝土原料与水泥、砂和水混合制得混凝土。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种光催化再生微粉的制备方法，该方法利用建筑垃圾制成的再生微粉作为粉料替代水泥化工产物，具有很好的环保意义和资源再生利用价值，缓解了粉尘和雾霾的影响。再生微粉经过超微气流粉磨后具有均匀的粒径分布，应用于混凝土或砂浆中具有超细的填充效应，形成致密的内部结构，使混凝土或砂浆耐腐蚀、抗冻、耐磨等耐久性能更加优良，此外，再生微粉还具有较高活性，参与水泥水化，可成为替代水泥水硬性材料。TiO₂-再生微粉晶体具有较好的光催化效果，应用于混凝土或砂浆中，在阳光的作用下能够使大气中的污染物进行氧化降解，从而净化环境，具有良好的环保意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为实施例1中超微气流粉碎机球磨所得的再生微粉的扫描电镜图；

图2为图1的放大图；

图3为普通球磨机球磨所得的再生微粉的扫描电镜图；

图4为图3的放大图；

图5为再生微粉的能谱分析图；

图6为图5的再生微粉的能谱分析局部放大图；

图7为再生微粉的激光粒度分析图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种光催化再生微粉的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一，原料再生微粉的制备。利用颚式破碎机将混凝土废弃物破碎成细小颗粒，用0.5mm方孔筛取筛余物即得原料再生微粉。

步骤二，对原料再生微粉进行超微气流粉磨。采用超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨。

原样再生微粉在超微气流粉碎机的作用下其变化趋势可分为两个阶段，第一阶段为随着粉磨时间的延长，再生微粉粒径不断减小，粒径范围逐渐变窄，呈集中分布；当粒径小到一定极限值后，再生微粉内部晶格发生破坏，造成体系不稳定，导致再生微粉粒径大小增加，活性也略有影响。本实施例中，粉磨时间为45min，制得的活性再生微粉的粒径分布范围为0.5-20μm，活性再生微粉的活性为75％。

本实施例制得的活性再生微粉的扫描电镜图参照图1，图2所示，而普通球磨机球磨所得的再生微粉的扫描电镜图参照图3和图4所示，对照电镜图可得，本发明提供的方法制得的活性再生微粉的粒径比普通球磨机球磨所得的再生微粉的粒径要小，优势明显。

步骤三，光催化再生微粉的制备。选取步骤二中的活性再生微粉作为基体，钛酸四丁酯为钛源，无水乙醇、硝酸和去离子水为溶剂，采用溶胶-凝胶法来制备TiO₂-再生微粉晶体。具体包括如下依次进行的步骤：

将10mL的钛酸四丁酯加到60mL无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌30min，制得A液；将5mL去离子水和3mL浓硝酸加入到30mL 无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌10min，制得B液；将B液以每秒 1-2滴的速度加入到A液中，搅拌1小时，带凝胶呈乳白色后停止搅拌，制得AB液。

将步骤二中的活性再生微粉进行超声波分散，形成再生微粉悬浮液。将AB液加入再生微粉悬浮液中，中速搅拌后，导入培养皿中陈化24小时，放置于110℃烘箱中烘干。最后将烘干后的活性再生微粉置于高温电阻炉中500℃煅烧2.5小时，最终制得具有较好晶型的TiO2-再生微粉晶体。

步骤四，检测TiO₂-再生微粉晶体的光催化活性。

光催化活性分析:先配置20mg/L的甲基橙溶液，用量筒量取100 mL质量浓度为20mg/L的甲基橙溶液置于烧杯中；在磁力搅拌作用下加入步骤三中制备好的TiO₂/再生微粉和再生微粉，搅拌20min；在太阳光照射进行反应300min，每隔30min取一次样，每次取样5mL，离心分离后取上层清液，用721E型紫外可见分光光度计测定其在465nm处的吸光度，并根据溶液浓度与吸光度成正比可计算不同反应时间的浓度和降解率。

用有机物降解率η来衡量有机物的降解程度，计算公式为: η＝[(C₀-C_t)/C₀]×100％＝[(A₀-A_t)/A₀]×100％

C₀表示溶液的初始浓度，C_t表示溶液降解后的浓度，A₀表示溶液初始吸光度，A_t表示溶液降解后的吸光度。

随着时间的延长，TiO₂-再生微粉晶体对甲基橙的降解率逐渐增大，超过180min后降解率区域平缓，降解率最终达到73.9％。

步骤五，将步骤二中制得的再生微粉进行能谱分析。

能谱分析图谱参照图5和图6所示，由图5可得，制得的再生微粉中O和K元素的含量最高，其次为Fe和K元素。由图6可得，制得的再生微粉中O，K，Si元素含量最高。

步骤六，将步骤二中制得的再生微粉进行粒径分析。

分析结果参照图7和表1所示，图7为再生微粉的激光粒度分析图，表1为再生微粉激光粒度累计筛余统计表，由图7和表1可得，本申请所提供的再生微粉制备方法制备出的再生微粉的平均粒径为 3.78μm，具有粒径小的优点。

表1再生微粉激光粒度累计筛余统计表

实施例2

将制得的光催化再生微粉与水泥，砂，水混合煅烧，制得光催化再生混凝土。由于再生微粉经过超微气流粉磨后具有均匀的粒径分布，使得制备出的混凝土或砂浆中具有超细的填充效应，形成致密的内部结构，使混凝土或砂浆耐腐蚀、抗冻、耐磨等耐久性能更加优良。

本实施例制得的光催化再生混凝土的抗冻性能可达到250次循环，质量损失率为3％，动弹性模量下降到75％；低标号混凝土电通量为856C；KS120抗硫酸盐侵蚀试验中120次侵蚀循环后得出，本实施例制得的光催化再生混凝土的侵蚀系数为95％。

本发明提供了一种光催化再生微粉的制备方法，该方法利用建筑垃圾制成的再生微粉作为粉料替代水泥化工产物，具有很好的环保意义和资源再生利用价值，缓解了粉尘和雾霾的影响。再生微粉经过超微气流粉磨后具有均匀的粒径分布，应用于混凝土或砂浆中具有超细的填充效应，形成致密的内部结构，使混凝土或砂浆耐腐蚀、抗冻、耐磨等耐久性能更加优良，此外，再生微粉还具有较高活性，参与水泥水化，可成为替代水泥水硬性材料。TiO2-再生微粉晶体具有较好的光催化效果，应用于混凝土或砂浆中，在阳光的作用下能够使大气中的污染物进行氧化降解，从而净化环境，具有良好的环保意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，包括依次进行的如下步骤，将混凝土废弃原料进行破碎制得原料再生微粉，采用超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨制得活性再生微粉，以活性再生微粉为基体，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体。

2.根据权利要求1所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，所述超微气流粉碎机对原料再生微粉进行粉磨的时间为30-90min，所述活性再生微粉的粒径为0.5-20μm，所述溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体所采用的钛源为钛酸四丁酯，钛源的溶剂为无水乙醇、硝酸和去离子水。

3.根据权利要求2所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，所述溶胶-凝胶法制备TiO₂-再生微粉晶体还包括对钛源的溶解步骤，所述溶解步骤包括先将钛源加到无水乙醇中，搅拌制得A液；将去离子水和浓硝酸加到无水乙醇中，搅拌制得B液；将B液逐滴加入A液中，搅拌制得AB液。

4.根据权利要求3所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，在制备A液时，钛源与无水乙醇的体积比为1:5-7，在制备B液时，去离子水与无水乙醇的体积比为1:5-7，AB液的凝胶呈乳白色。

5.根据权利要求3所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，还包括将AB液加入活性再生微粉的悬浮液中，依次进行搅拌，陈化，烘干，煅烧制得TiO₂-再生微粉晶体。

6.根据权利要求5所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，陈化的时间为20-24小时，烘干的温度为105-110℃，煅烧的温度为450-500℃，煅烧的时间为2-2.5小时。

7.根据权利要求1所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，将混凝土废弃原料进行破碎制得原料再生微粉后还包括筛选步骤，将破碎制得的原料再生微粉用0.5mm孔径的筛网筛取筛余物，将筛余物进行后续粉磨制得所述活性再生微粉。

8.根据权利要求1所述的光催化再生微粉的制备方法，其特征在于，在制得TiO₂-再生微粉晶体后对TiO₂-再生微粉晶体进行光催化活性检测，将TiO₂-再生微粉晶体加入甲基橙溶液中，在太阳光的照射下进行反应，在465nm下测定TiO₂-再生微粉晶体的吸光度，并计算对甲基橙溶液的降解程度。

9.一种混凝土原料，其特征在于，其含有由权利要求1-8任一项所述的光催化再生微粉的制备方法所制得的光催化再生微粉与水泥，砂，水混合制得混凝土。

10.一种混凝土的制备方法，其包括：将权利要求9所述的混凝土原料与水泥、砂和水混合制得混凝土。