CN112679169A - 一种复合光催化透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合光催化透水混凝土及其制备方法。该透水混凝土所负载的复合光催化剂是由邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂和二氧化钛按照1:1的质量比复合而成，通过表面涂覆、掺入、浸泡三种方式负载于透水混凝土，所制备的复合光催化透水混凝土按重量百分比的原料组成为：水泥15～20％，水5～8％，粗骨料70～75％，减水剂0.1～0.3％，复合光催化剂0.5～3％，粉煤灰4～6％。本发明制备的复合光催化透水混凝土不仅具有良好的透水性能，而且在可见光与紫外光下均可对有机污染物进行光催化降解，将其用于透水混凝土路面，兼具透水和污染物光催化降解双重功效，这对当前海绵城市的建设具有重要作用。

Description

一种复合光催化透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种复合光催化透水混凝土及其制备方法。

背景技术

由于现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，致使雨水无法下渗，城市热岛效应和内涝问题加剧。透水混凝土路面通过增加雨水的下渗，能够有效解决这一问题。

但由于人类使用的化工产品越来越多，一些天然有机污染物和人工合成有机污染物，如染料、农药、抗生素等都会随地表径流进入江河湖泊或通过透水混凝土路面渗入到地下水，一些挥发性有机污染物，如汽车尾气等，也会随降雨落在地面，通过地表径流进入江河湖泊或通过透水混凝土路面渗入到地下水，对环境造成污染。光催化技术在降解有机污染物方面发挥着越来越重要的作用，但目前的光催化剂或仅对紫外光吸收，或仅对可见光响应，这极大的限制了它们的应用范围。因此，开发和利用市场价格低廉的物料来制备具有更宽光响应范围的光催化剂，进一步提高其光催化降解性能已成为当前迫切需要解决的问题。

本发明利用价格低廉原料尿素制备光催化剂，并将其与邻氨基苯甲腈共聚改性，制得具有优良可见光响应的改性光催化剂，并将其与对紫外光吸收的二氧化钛复合，制备既能对可见光吸收，又可对紫外光吸收的复合光催化剂，将复合光催化剂负载于透水混凝土，制备出一种对可见光和紫外光均响应的复合光催化透水混凝土，实现透水和污染物光催化降解双重功效。这不仅能助力海绵城市建设，解决城市内涝问题，还能有效净化地表径流，防止地下水污染，符合材料绿色发展的理念，具有良好的环保效益。同时，本发明提供的复合光催化透水混凝土，制备方法简单，反应条件温和，适于大量生产应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决以上问题，本发明提供的一种复合光催化剂，催化效率高且对可见光与紫外光均响应，将其负载于透水混凝土表面，得到一种可见光与紫外光均响应的复合光催化透水混凝土及其制备方法，可实现混凝土的透水与光催化双重功效，扩大了光谱响应范围。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可见光与紫外光均可响应的复合光催化透水混凝土，制备该复合光催化透水混凝土的原材料按重量百分比计，包含以下原料组分：

水泥15～20％ 水5～8％ 粗骨料70～75％

减水剂0.1～0.3％ 复合光催化剂0.5～3％ 粉煤灰4～6％；

优选地，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，

优选地，粗骨料为粒径5-10毫米的石子，

优选地，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，

优选地，粉煤灰为I级粉煤灰。

优选地，复合光催化剂为二氧化钛与邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂按照1:1的质量比复合。

复合光催化剂的制备步骤如下：

步骤一：将10-50g尿素放入坩埚中，于马弗炉中以10℃/min的升温速度升至580℃恒温4h后取出，降至室温研磨过筛，制得光催化剂备用；

步骤二：将上述步骤一制得的光催化剂与邻氨基苯甲腈以1％的摩尔百分比混合置于研钵中，充分研磨30min后置于坩埚，在马弗炉中以10℃/min的升温速度至520℃并恒温2h后，取出降至室温，制得邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂；

步骤三：将干燥的邻氨基苯甲腈改性光催化剂与二氧化钛按质量比1：1充分混合研磨均匀后，保存备用。

复合光催化透水混凝土的制备包括以下步骤：

步骤一：按所述比例称量各原料组分；

步骤二：将粗骨料、水泥和粉煤灰加入电动搅拌机搅拌均匀后，再加入水和减水剂，搅拌均匀后，将混合料倒入模具制得透水混凝土并养护成型；

步骤三：将制备好的复合光催化剂按0.6％的质量比分散于水溶液中，将其搅拌均匀备用；

步骤四：将上述步骤三中搅拌均匀的分散液按照1:10-1:30的质量比通过表面涂覆或掺入或浸泡的方式负载于步骤二所制透水混凝土，即可制得复合光催化透水混凝土。

有益效果

本发明的有益效果是：本发明制备的复合光催化透水混凝土兼具透水与污染物光催化降解双重功效，这不仅能助力海绵城市建设，解决城市内涝问题，还能有效净化地表径流，符合材料绿色发展的理念，具有良好的环保效益。同时，本发明提供的复合光催化透水混凝土，制备方法简单，反应条件温和，适于大量生产应用。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所用复合光催化剂的制备方法为：

步骤一：将10-50g尿素放入坩埚中，于马弗炉中以10℃/min的升温速度升至580℃恒温4h后取出，降至室温研磨过筛，制得光催化剂备用；

步骤二：将上述步骤一制得的光催化剂与邻氨基苯甲腈以1％的摩尔百分比混合置于研钵中，充分研磨30min后置于坩埚，在马弗炉中以10℃/min的升温速度至520℃并恒温2h后，取出降至室温，制得邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂。

步骤三：将干燥的邻氨基苯甲腈改性光催化剂与二氧化钛按质量比1：1充分混合研磨均匀后，干燥保存备用。

具体的，本发明的实施例1中，制备复合光催化透水混凝土，所用原材料及原料重量百分比为：

水泥17％ 水6.5％ 粗骨料70％

减水剂0.2％ 复合光催化剂1.8％ 粉煤灰4.5％；

进一步的，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，

进一步的，粗骨料为粒径5-10毫米的石子，

进一步的，减水剂为苏博牌高性能聚羧酸减水剂，

进一步的，粉煤灰为I级粉煤灰。

进一步的，本实施例所用光催化剂为二氧化钛与邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂的复合，质量比例为1:1。

具体的，本发明的实施例1中，复合光催化透水混凝土制备方法如下：

步骤一：称取粗骨料14kg、水泥3.4kg和粉煤灰0.9kg，加入电动搅拌机搅拌均匀后，再向混合料中加入1.3kg水和0.04kg减水剂，继续搅拌均匀，倒出混合料填入150×150×150mm模具中，1d后脱模成型，然后养护28d制得透水混凝土备用；

步骤二：将制备好的复合光催化剂粉末以0.6％的质量比分散于水溶液中，然后将其搅拌均匀备用；

步骤三：将上述步骤二中搅拌均匀的200mL分散液利用压力枪注入步骤一所制透水混凝土进行均匀负载，然后放进干燥箱中进行固载，干燥温度设定为105℃，干燥时间设定为3h，即制得复合光催化透水混凝土。

具体的，本发明的实施例2中，制备复合光催化透水混凝土，所用原材料及原料重量百分比为：

水泥18％ 水5％ 粗骨料70％

减水剂0.2％ 复合光催化剂1.3％ 粉煤灰5.5％；

进一步的，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，

进一步的，粗骨料为粒径5-10毫米的石子，

进一步的，减水剂为苏博牌高性能聚羧酸减水剂，

进一步的，粉煤灰为I级粉煤灰。

进一步的，本实施例所用光催化剂为二氧化钛与邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂的混合物，质量混合比例为1:1。

具体的，本发明的实施例2中，复合光催化透水混凝土制备方法如下：

步骤一：称取粗骨料14kg、水泥3.6kg和粉煤灰1.1kg，加入电动搅拌机搅拌均匀后，再向混合料中加入1.0kg水和0.04kg减水剂，继续搅拌均匀，倒出混合料填入150×150×150mm模具中，1d后脱模成型，然后养护28d制得透水混凝土备用；

步骤二：将制备好的复合光催化剂粉末以0.6％的质量比分散于水溶液中，然后将其搅拌均匀备用；

步骤三：将步骤一所制透水混凝土浸没于上述步骤二搅拌均匀的200mL分散液中24h，然后将浸透复合光催化剂的透水混凝土放进干燥箱中进行固载，干燥温度设定为105℃，干燥时间设定为3h，即制得复合光催化透水混凝土。

具体的，本发明的测试例3中，以实施1和2所制备的复合光催化透水混凝土进行罗丹明B的光催化降解，结果见表1。初始浓度为10mg/L的罗丹明B，以掺入方式负载改性光催化剂的透水混凝土，其对罗丹明B的光催化降解率为73.1％，通过浸泡方式负载改性光催化剂的透水混凝土，它对罗丹明B的光催化降解率为77.9％。以上这些实践证明，该复合光催化透水混凝土对有机污染物罗丹明B具有良好的光催化降解效果。该复合光催化透水混凝土可用于市政工程的光催化透水混凝土路面。

表1复合光催化透水混凝土对罗丹明B的光催化降解

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体制备工艺，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的原材料和步骤的相对顺序和数值不限制本申请的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和原材料应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种复合光催化透水混凝土，其特征在于制备该复合光催化透水混凝土的原材料按重量百分比计，包含以下原料组分：

水泥15～20％ 水5～8％ 粗骨料70～75％

减水剂0.1～0.3％ 复合光催化剂0.5～3％ 粉煤灰4～6％；

所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，

所述的粗骨料为粒径5-10毫米的石子，

所述的减水剂为高性能聚羧酸减水剂，

所述的粉煤灰为I级粉煤灰。

2.根据权利要求1所述的复合光催化透水混凝土，其特征在于：所述复合光催化剂为二氧化钛与邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂按照1：1的质量比复合。

3.根据权利要求1所述的复合光催化透水混凝土，其特征在于，所述复合光催化剂的制备步骤如下：

步骤一：将10-50g尿素放入坩埚，于马弗炉中以10℃/min的升温速度升至580℃恒温4h后取出，降至室温研磨过筛，制得光催化剂备用；

步骤二：将上述步骤一制得的光催化剂与邻氨基苯甲腈以1％的摩尔百分比混合置于研钵中，充分研磨30min后置于坩埚，在马弗炉中以10℃/min的升温速度至520℃并恒温2h后，取出降至室温，制得邻氨基苯甲腈共聚合改性光催化剂。

步骤三：将干燥的邻氨基苯甲腈改性光催化剂与二氧化钛按质量比1：1充分混合研磨均匀后，保存备用。

4.根据权利要求1-3任一所述复合光催化透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按所述比例称量各原料组分；

步骤二：将粗骨料、水泥和粉煤灰加入电动搅拌机搅拌均匀后，再加入水和减水剂，搅拌均匀后，将混合料倒入模具制得透水混凝土并养护成型；

步骤三：将制备好的复合光催化剂按0.6％的质量比分散于水溶液中，将其搅拌均匀备用；

步骤四：将上述步骤三中搅拌均匀的分散液按照1:10-1:30的质量比通过表面涂覆或掺入或浸泡的方式负载于步骤二所制透水混凝土，然后将负载了复合光催化剂的透水混凝土放进干燥箱中，在105℃固载3h，即可制得复合光催化透水混凝土。