CN110283503B - 一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于道路材料技术领域，具体为一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料。通过以废弃的贝壳为原料，经过煅烧、微蚀、分散得到微米多孔贝壳粉溶胶，并配合纳米二氧化钛，得到纳米二氧化钛改性的微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。表面吸附的纳米二氧化钛具有光催化作用，同时也是涂料中常用的纳米负离子粉，内部的微米多孔贝壳粉具有良好的吸附作用。添加有纳米二氧化钛‑微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的公路护栏涂料，不仅具有良好的光催化作用，能够降解涂料表面吸附的有机物，同时，涂料表面对于空气中污染物具有吸附作用，使得空气污染物聚集在纳米负离子的辐射范围内，进而增强涂料中的纳米负离子粉对于空气的净化效果。

Description

一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路材料技术领域，涉及一种用于公路护栏涂料领域，具体为一种可辅助净化汽车尾气的公路护栏用涂料。
背景技术
公路上行驶的汽车，持续的排放着大量的尾气，这些汽车尾气的主要成分为固体悬浮颗粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫等，都是污染物，严重的影响这人类生活环境中的空气质量。
为了净化汽车尾气，在汽车上通常安装有三元催化器，可以将汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物净化。三元催化器主要其催化作用，催化剂通常采用的是金属铂、铑、钯等贵金属，以氧化铝石棉纤维毡为载体，在高温下，将一氧化碳氧化成二氧化碳，碳氢化合物氧化成水和二氧化碳，将氮氧化合物还原成氮气和氧气。然而，经过汽车自身的净化器净化后的尾气中仍然存在上述污染物，因此，有必要进一步对汽车尾气进行净化。
目前，除了各类空气净化器外，涂料是常用空气净化设施。具有净化空气功能的涂料通常是在涂料中添加纳米负离子成分，通过将能够不断释放负离子的材料添加到涂料中，使其恒久释放负离子，分解空气中的有害气体。然而，这种涂料通常应用在室内环境，空气流动相对缓慢，对于空气流动性特别快的公路环境，涂料中所释放的负离子容易随风扩散到其他环境中，存在不能够有效净化公路路面及其附近环境中所存在的大量的汽车尾气的缺陷。因此，有必要研究设计一种能够对公路上的汽车尾气进行有效净化的涂料。
发明内容
本发明为解决现有技术中所存在的上述问题，提供一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，涂料中包括涂料添加剂，涂料添加剂为负离子成分改性的贝壳粉凝胶颗粒，具体为纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，按重量份计，包括：丙烯酸乳液50-70份、固化剂3-5份、流平剂1-2份、发光剂15-30份、涂料添加剂10-20份、成膜助剂1-10份，其特征在于，涂料添加剂为纳米二氧化钛改性微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料的制备方法，依次将各个组分混合，并进行搅拌，转速控制在300-500转/min，搅拌10-20min，混合均匀即可。
纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备方法，包括：
一、微米多孔贝壳粉溶胶的制备
（1）初级贝壳粉的制备：将贝壳研碎，并充分研磨，过300目筛，得到微米级贝壳粉，然后在300-450℃下，在有氧环境中煅烧5-20分钟，去除掉贝壳粉中的壳质素，制得初级贝壳粉备用。有氧环境下中温煅烧可以有效去除贝壳粉中的壳质素，煅烧温度过高，会导致碳酸钙分解，不可取；煅烧温度太低，存在不能有效去除壳质素的缺陷。
（2）湿磨：将步骤（1）制得的初级贝壳粉进行湿磨，在球磨罐中球磨1h，其中，贝壳粉与乙醇按照100g：50-100ml的比例混合，湿磨助剂为乙醇。在煅烧后进行进一步湿磨，可以有效减少因煅烧造成的粉末的团聚现象，确保贝壳粉末的粒度维持在微米级，且粒度均匀。
（3）配制微腐蚀性分散溶剂：将乙酸溶解在乙醇溶液中，充分搅拌均匀，制得微腐蚀性分散溶剂，乙酸与乙醇的体积百分比为1-3%。
（4）将100g步骤（2）中湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到1L步骤（3）所制得的微腐蚀性分散溶剂中，采用磁力搅拌器搅拌1-3h，制得微米多孔贝壳粉溶胶。微腐蚀性分散溶剂中的乙酸可以对贝壳粉进行轻微腐蚀，使其表面形成腐蚀凹坑，得到多孔结构的贝壳粉，可以改善贝壳粉的吸附效果。乙酸的用量过多会使得大量的贝壳粉溶解，乙酸的用量过少存在无法获得有效的多孔结构的缺陷。
二、纳米二氧化钛溶胶的制备
将pH为3-5的乙醇溶剂中混入钛酸酯，制备得到纳米二氧化钛溶胶，钛酸酯与乙醇按照1:10的体积比混合，用乙酸调节pH至3-5后，持续机械搅拌2-4h，得到纳米二氧化钛溶胶。
三、纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备
将制备的微米多孔贝壳粉溶胶和纳米二氧化钛溶胶以3-5:1的体积比混合，室温下陈化5-10h后，得到纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
其中，所制备得到的纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒中，大量的纳米二氧化钛吸附在多孔结构的骨架表面，少量的纳米二氧化钛吸附在多孔结构的孔洞中，并不影响多孔贝壳粉的吸附作用。
其中，通过有氧环境下中温煅烧可以有效去除贝壳粉中的壳质素，煅烧温度过高，会导致碳酸钙分解，不可取；煅烧温度太低，存在不能有效去除壳质素的缺陷。在煅烧后进行进一步湿磨，可以有效减少因煅烧造成的粉末的团聚现象，确保贝壳粉末的粒度维持在微米级，且粒度均匀。湿磨中所使用的助剂与溶胶制备过程中的溶剂均是乙醇，因此，可以直接将湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到微腐蚀性分散溶剂。微腐蚀性分散溶剂中添加了适量的乙酸，乙酸能够对碳酸钙造成轻微腐蚀，使贝壳粉表面形成部分凹坑，从而得到多孔结构的贝壳粉。多孔结构可以增强贝壳粉的吸附作用。乙酸的用量过多会使得大量的贝壳粉溶解，乙酸的用量过少存在无法获得有效的多孔结构的缺陷。此外，如果使用强酸，如盐酸、硝酸，还会存在酸性过强造成大量贝壳粉溶解的情况。在制备二氧化钛溶胶的过程中，同样采用乙醇作为溶剂，并配合持续的机械搅拌，确保获得纳米二氧化钛溶胶。将3-5倍于纳米二氧化钛溶胶的微米多孔贝壳粉溶胶与纳米二氧化钛溶胶混合，使得大量的米二氧化钛吸附在多孔结构的骨架表面，少量的纳米二氧化钛吸附在多孔结构的孔洞中，确保多孔贝壳粉的吸附作用不受影响。表面吸附的纳米二氧化钛具有光催化作用，同时也是涂料中常用的纳米负离子粉，内部的微米多孔贝壳粉对具有良好的吸附作用。添加有纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的公路护栏涂料，不仅具有良好的光催化作用，能够降解涂料表面吸附的有机物，同时，涂料表面对于空气中污染物具有吸附作用，使得空气污染物聚集在纳米负离子的辐射范围内，进而增强涂料中的纳米负离子粉对于空气的净化效果。
具体实施方式
实施例1
一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，包括：丙烯酸乳液70份、固化剂5份、流平剂2份、发光剂30份、涂料添加剂20份、成膜助剂10份，其特征在于，涂料添加剂为纳米二氧化钛改性微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备方法如下，
一、微米多孔贝壳粉溶胶的制备
（1）初级贝壳粉的制备：将贝壳研碎，并充分研磨，过300目筛，得到微米级贝壳粉，然后在300℃下，在有氧环境中煅烧20分钟，去除掉贝壳粉中的壳质素，制得初级贝壳粉备用；
（2）湿磨：将步骤（1）制得的初级贝壳粉进行湿磨，在球磨罐中球磨1h，其中，贝壳粉与乙醇按照100g：100ml的比例混合，湿磨助剂为乙醇；
（3）配制微腐蚀性分散溶剂：将乙酸溶解在乙醇溶液中，充分搅拌均匀，制得微腐蚀性分散溶剂，乙酸与乙醇的体积百分比为3%；
（4）将100g步骤（2）中湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到1L步骤（3）所制得的微腐蚀性分散溶剂中，采用磁力搅拌器搅拌3h，制得微米多孔贝壳粉溶胶；
二、纳米二氧化钛溶胶的制备
将pH为5的乙醇溶剂中混入钛酸酯，制备得到纳米二氧化钛溶胶，钛酸酯与乙醇按照1:10的体积比混合，用乙酸调节pH至5后，持续机械搅拌4h，得到纳米二氧化钛溶胶；
三、纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备
将制备的微米多孔贝壳粉溶胶和纳米二氧化钛溶胶以5:1的体积比混合，室温下陈化10h后，得到纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
依次将各个组分混合，并进行搅拌，转速控制在300-500转/min，搅拌10-20min，混合均匀即可。
实施例2
一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，包括：丙烯酸乳液60份、固化剂4份、流平剂2份、发光剂20份、涂料添加剂15份、成膜助剂5份，其特征在于，涂料添加剂为纳米二氧化钛改性微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备方法如下，
一、微米多孔贝壳粉溶胶的制备
（1）初级贝壳粉的制备：将贝壳研碎，并充分研磨，过300目筛，得到微米级贝壳粉，然后在400℃下，在有氧环境中煅烧10分钟，去除掉贝壳粉中的壳质素，制得初级贝壳粉备用；
（2）湿磨：将步骤（1）制得的初级贝壳粉进行湿磨，在球磨罐中球磨1h，其中，贝壳粉与乙醇按照100g：80ml的比例混合，湿磨助剂为乙醇；
（3）配制微腐蚀性分散溶剂：将乙酸溶解在乙醇溶液中，充分搅拌均匀，制得微腐蚀性分散溶剂，乙酸与乙醇的体积百分比为2%；
（4）将100g步骤（2）中湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到1L步骤（3）所制得的微腐蚀性分散溶剂中，采用磁力搅拌器搅拌2h，制得微米多孔贝壳粉溶胶；
二、纳米二氧化钛溶胶的制备
将pH为4的乙醇溶剂中混入钛酸酯，制备得到纳米二氧化钛溶胶，钛酸酯与乙醇按照1:10的体积比混合，用乙酸调节pH至4后，持续机械搅拌3h，得到纳米二氧化钛溶胶；
三、纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备
将制备的微米多孔贝壳粉溶胶和纳米二氧化钛溶胶以4:1的体积比混合，室温下陈化8h后，得到纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
依次将各个组分混合，并进行搅拌，转速控制在300-500转/min，搅拌10-20min，混合均匀即可。
实施例3
一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，包括：丙烯酸乳液50份、固化剂3份、流平剂1份、发光剂15份、涂料添加剂10份、成膜助剂1份，其特征在于，涂料添加剂为纳米二氧化钛改性微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备方法如下，
一、微米多孔贝壳粉溶胶的制备
（1）初级贝壳粉的制备：将贝壳研碎，并充分研磨，过300目筛，得到微米级贝壳粉，然后在450℃下，在有氧环境中煅烧5分钟，去除掉贝壳粉中的壳质素，制得初级贝壳粉备用；
（2）湿磨：将步骤（1）制得的初级贝壳粉进行湿磨，在球磨罐中球磨1h，其中，贝壳粉与乙醇按照100g：50ml的比例混合，湿磨助剂为乙醇；
（3）配制微腐蚀性分散溶剂：将乙酸溶解在乙醇溶液中，充分搅拌均匀，制得微腐蚀性分散溶剂，乙酸与乙醇的体积百分比为1%。
（4）将100g步骤（2）中湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到1L步骤（3）所制得的微腐蚀性分散溶剂中，采用磁力搅拌器搅拌1h，制得微米多孔贝壳粉溶胶；
二、纳米二氧化钛溶胶的制备
将pH为3的乙醇溶剂中混入钛酸酯，制备得到纳米二氧化钛溶胶，钛酸酯与乙醇按照1:10的体积比混合，用乙酸调节pH至3后，持续机械搅拌2h，得到纳米二氧化钛溶胶。
三、纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒的制备
将制备的微米多孔贝壳粉溶胶和纳米二氧化钛溶胶以3:1的体积比混合，室温下陈化5h后，得到纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
依次将各个组分混合，并进行搅拌，转速控制在300-500转/min，搅拌10-20min，混合均匀即可。
对比例
以普通的纳米二氧化钛负离子添加剂作为对比，替换实施例1中的涂料添加剂。
将实施例1-3和对比例的涂料进行对比，分别对比各种涂料在密闭空间和流动空间中对汽车尾气的净化效果。经过48小时的模拟测试，结果如表1所示。
表1 添加有实施例1-3和对比例的涂料添加剂的涂料的净化效果测试
密闭空间的净化率（%） 流动空间的净化率（%）
实施例1 89 85
实施例2 87 84
实施例3 88 84
对比例 85 60
从实施例1-3和对比例的对比结果可以看出，本发明的涂料添加剂可以明显改善涂料在流动空间内对空气的净化效果。这是由于涂料添加剂中所采用的纳米二氧化钛-微米多孔贝壳粉凝胶颗粒，可以增加涂料表面对于空气中污染物的吸附作用，使得空气污染物聚集在纳米负离子的辐射范围内，进而增强涂料中的纳米负离子粉对于空气的净化效果，两者具有明显的协同增益效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，按重量份计，包括：丙烯酸乳液50-70份、固化剂3-5份、流平剂1-2份、发光剂15-30份、涂料添加剂10-20份、成膜助剂1-10份，其特征在于，涂料添加剂为纳米二氧化钛改性微米多孔贝壳粉凝胶颗粒，所述微米多孔贝壳粉为微米多孔贝壳粉溶胶，其制备方法为：
（1）初级贝壳粉的制备：将贝壳研碎，并充分研磨，过300目筛，得到微米级贝壳粉，然后在300-450℃下，在有氧环境中煅烧5-20分钟，去除掉贝壳粉中的壳质素，制得初级贝壳粉备用；
（2）湿磨：将步骤（1）制得的初级贝壳粉进行湿磨，在球磨罐中球磨1h，其中，贝壳粉与乙醇按照100g：50-100ml的比例混合，湿磨助剂为乙醇；
（3）配制微腐蚀性分散溶剂：将乙酸溶解在乙醇溶液中，充分搅拌均匀，制得微腐蚀性分散溶剂，乙酸与乙醇的体积百分比为1-3%；
（4）将100g步骤（2）中湿磨后的贝壳粉连同助剂乙醇一起分散到1L步骤（3）所制得的微腐蚀性分散溶剂中，采用磁力搅拌器搅拌1-3h，制得微米多孔贝壳粉溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，其特征在于：所述纳米二氧化钛为纳米二氧化钛溶胶，其制备方法为：
将pH为3-5的乙醇溶剂中混入钛酸酯，制备得到纳米二氧化钛溶胶，钛酸酯与乙醇按照1:10的体积比混合，用乙酸调节pH至3-5后，持续机械搅拌2-4h，得到纳米二氧化钛溶胶。
3.根据权利要求2所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，其特征在于，将所制备的微米多孔贝壳粉溶胶和纳米二氧化钛溶胶以3-5:1的体积比混合，室温下陈化5-10h后，得到纳米二氧化钛改性的微米多孔贝壳粉凝胶颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，其特征在于，包括丙烯酸乳液70份、固化剂5份、流平剂2份、发光剂30份、涂料添加剂20份、成膜助剂10份。
5.根据权利要求1所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，其特征在于，包括丙烯酸乳液60份、固化剂4份、流平剂2份、发光剂20份、涂料添加剂15份、成膜助剂5份。
6.根据权利要求1所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料，其特征在于，包括丙烯酸乳液50份、固化剂3份、流平剂1份、发光剂15份、涂料添加剂10份、成膜助剂1份。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种有效净化汽车尾气的公路护栏用涂料的制备方法，其特征在于，依次将各个组分混合，并进行搅拌，转速控制在300-500转/min，搅拌10-20min，混合均匀即可。
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