CN114956729A - 一种可降解气态污染物的浇筑型板材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解气态污染物的浇筑型板材及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：将凝胶材料、石英砂、粉煤灰、硅灰、催化剂和水泥混合搅拌均匀，再将减水剂与增强剂溶液按比例混合，按批次加入干料中，低高转速交叉搅拌形成浆料对模具进行浇筑成型。对浇筑坯体养护、脱模、干燥并进行二氧化碳碳化处理，制得所述可降解污染物的浇筑型板材，该板材具有较高的抗折强度，并且可在空气中持续降解污染物，外观平滑美观，不需后期处理。本发明提供的一种可降解污染物的浇筑型板材，不仅能够满足碳中和方针，解决碳排放问题，在建筑装修行业有很好的发展前景。
Description
技术领域
本发明属于板材技术领域，具体涉及一种可降解气态污染物的浇筑型板材及其制备方法和应用。
背景技术
随着人类社会的发展，经济不断进步，燃料的燃烧引发了一系列严重的环境问题，气体污染一直被视为威胁人类生存的最严重的环境问题之一，到目前为止，人们已经采取了不同的方法来解决这个问题，例如，人们提出了可降解气他污染物的板材，其能吸收气态污染物，具有无二次污染、可循环再生的特点。通过添加不同种类的外加剂可以获得更多的性能；加入不同颜料，调节颜色起到装饰作用；并通过后期持续吸碳提高强度，而目前这种板材的浇筑技术尚未报道，所以具有一定的研究价值。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提出一种可降解气态污染物的浇筑型板材及其制备方法和应用。该方法具有简单，方便，实验条件易控制等优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将凝胶材料、石英砂、粉煤灰、硅灰、催化剂和水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；所述催化剂为BiVO4、C3N4和TiO2中的至少一种；
(2)将减水剂和增强剂溶液混合后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料，浇筑成型得到板材坯体；所述的增强剂为EDTA和NaCl的混合物；
(3)将步骤(2)所述的板材坯体经养护、脱膜和干燥后进行二氧化碳碳化处理，碳化处理后即制备得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材。
优选的，步骤(1)所述凝胶材料为钢渣、C2S含量大于50％的固废和利用专利CN113880466A所述的方法制得的活性凝胶材料中的至少一种；更优选的为钢渣。
优选的，步骤(1)所述混凝土干料中，按质量百分比计，凝胶材料占55.9～68.9％、石英砂占19.7～21％、粉煤灰占3.5～4％、硅灰占1～2.1％、催化剂占2～3.5％和水泥占4.9～14％；更优选的为，凝胶材料占60％、石英砂占20％、粉煤灰占4％、硅灰占2％、催化剂占2％和水泥占12％。
优选的，步骤(2)所述减水剂为萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂和聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。
优选的，步骤(2)所述增强剂溶液中，增强剂和水的质量比为1:6～24。
优选的，步骤(2)所述减水剂与增强剂溶液的质量比为2：3～34。
优选的，步骤(2)所述搅拌的方式为：首先以60～88rpm的速率搅拌0.1～0.4h，然后再以100～128rpm的速率搅拌0.1～1h。
优选的，步骤(3)所述养护的温度为在15～25℃，养护的时间为5～24h。
优选的，步骤(3)所述干燥的温度为30～60℃，干燥的时间为5～25h，经过干燥处理，坯体的失水率保持在20～100％。
优选的，步骤(3)所述碳化处理的时间为12～36h；所述碳化处理的压力为0.1～0.6Mpa，二氧化碳浓度为10～90％。
上述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法制备得到的可降解气态污染物的浇筑型板材。
上述可降解气态污染物的浇筑型板材在制备建筑和装修材料中的应用。
优选的，所述可降解气态污染物的浇筑型板材在制备墙板、台面和地板材料中的应用。
本发明的反应机理：本发明混凝土干料中的各组分和混合液(减水剂和增强剂溶液的混合)在催化剂的配合下，结合其他工艺，特别是将坯体在30℃～60℃下干燥至失水率达到20％～100％，之后将所述浇筑基板在加压CO2环境下碳化得到所述浇筑板，增强剂的加入起到增强碳化强度、深度的作用；催化剂的加入一方面吸收太阳光谱中蓝紫光发生光催化反应，同时催化脱除大气环境中的氮氧化物和挥发性有机物(VOC)，起到净化大气的功能；另外一方面，催化剂存在较大的比表面积，状态蓬松，可以让反应进行完全，起到过滤和孔隙的作用，为CO2气体进入板材留下大量通道，加强了碳化程度，该硅酸钙板抗折强度强、碳化程度高，抗折强度可高达25.7MPa，碳化程度可高达23.7％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)本发明提供的一种可降解污染物的浇筑型板材站在碳中和的发展角度，解决废气的大量排放。
2)本发明提供的一种可降解污染物的浇筑型板材，其原料廉价易得，操作简单方便，外表美观，通过添加外加剂可获得更多的改性效果，有很好的发展前景。
3)本发明提供一种可降解污染物的浇筑型板材强度高、吸水率低、碳化程度高，性能均优于普通混凝土板材。
4)该浇筑板可在装修建筑行业广泛应用，该浇筑板其可以用作室内室外地板，该浇筑板实现了碳中和，高效地实现废气利用，有很高的应用价值和发展前景。
附图说明
图1是本发明所用催化剂的比表面积图和孔径分布图，其中a对应比表面积图；b对应孔径分布图。
图2为实施例1～5和对比例1～5制得的浇筑型板材的抗折强度柱状对比图。
图3为实施例1～5和对比例1～5制得的浇筑型板材的碳化程度柱状对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例和对比例所采用的普通硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5；所述聚羧酸高性能减水剂购买于天津市飞龙砼外加剂有限公司。
实施例1
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，步骤如下：
(1)将120g钢渣、40g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；
(2)2gEDTA、2gNaCl和40g水混合得到增强剂溶液，将所述增强剂溶液和2g聚羧酸高性能减水剂混合后得到混合液，所述混合液分成两次加入后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料：第一次取80wt％的混合溶液加入干料中，在转速为80rpm条件下搅拌0.2h，得到均匀湿料；第二次将剩下的混合液加入湿料中，在转速为110rpm条件下搅拌1h，得到浇筑料浆；将所述料浆注入10*10*3cm的硅胶模具中，在20℃下养护10h，得到板材坯体；
(3)将所述坯体脱模后置于鼓风干燥箱中，在45℃条件下干燥5h，得到失水率为20％的浇筑基板；将所述基板在压力为0.2MPa的CO2环境中碳化24h，得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材，命名为1-JS。
实施例2
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，步骤如下：
(1)将120g钢渣、40g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；
(2)1gEDTA、3gNaCl和40g水混合得到增强剂溶液，将所述增强剂溶液和2g聚羧酸高性能减水剂混合后得到混合液，所述混合液分成两次加入后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料：第一次取80wt％的混合溶液加入干料中，在转速为80rpm条件下搅拌0.2h，得到均匀湿料；第二次将剩下的混合液加入湿料中，在转速为110rpm条件下搅拌1h，得到浇筑料浆；将所述料浆注入10*10*3cm的硅胶模具中，在20℃下养护10h，得到板材坯体；
(3)将所述坯体脱模后置于鼓风干燥箱中，在45℃条件下干燥10h，得到失水率为42％的浇筑基板；将所述基板在压力为0.2MPa的CO2环境中碳化24h，得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材，命名为2-JS。
实施例3
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，步骤如下：
(1)将120g钢渣、40g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；
(2)3gEDTA、1gNaCl和40g水混合得到增强剂溶液，将所述增强剂溶液和2g聚羧酸高性能减水剂混合后得到混合液，所述混合液分成两次加入后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料：第一次取80wt％的混合溶液加入干料中，在转速为80rpm条件下搅拌0.2h，得到均匀湿料；第二次将剩下的混合液加入湿料中，在转速为110rpm条件下搅拌1h，得到浇筑料浆；将所述料浆注入10*10*3cm的硅胶模具中，在20℃下养护10h，得到板材坯体；
(3)将所述坯体脱模后置于鼓风干燥箱中，在45℃条件下干燥15h，得到失水率为63％的浇筑基板；将所述基板在压力为0.2MPa的CO2环境中碳化24h，得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材，命名为3-JS。
实施例4
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，步骤如下：
(1)将120g钢渣、40g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；
(2)1gEDTA、3gNaCl和40g水混合得到增强剂溶液，将所述增强剂溶液和2g聚羧酸高性能减水剂混合后得到混合液，所述混合液分成两次加入后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料：第一次取80wt％的混合溶液加入干料中，在转速为80rpm条件下搅拌0.2h，得到均匀湿料；第二次将剩下的混合液加入湿料中，在转速为110rpm条件下搅拌1h，得到浇筑料浆；将所述料浆注入10*10*3cm的硅胶模具中，在20℃下养护10h，得到板材坯体；
(3)将所述坯体脱模后置于鼓风干燥箱中，在45℃条件下干燥20h，得到失水率为87％的浇筑基板；将所述基板在压力为0.2MPa的CO2环境中碳化24h，得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材，命名为4-JS。
实施例5
一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，步骤如下：
(1)将120g钢渣、40g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；
(2)1gEDTA、3gNaCl和40g水混合得到增强剂溶液，将所述增强剂溶液和2g聚羧酸高性能减水剂混合后得到混合液，所述混合液分成两次加入后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料：第一次取80wt％的混合溶液加入干料中，在转速为80rpm条件下搅拌0.2h，得到均匀湿料；第二次将剩下的混合液加入湿料中，在转速为110rpm条件下搅拌1h，得到浇筑料浆；将所述料浆注入10*10*3cm的硅胶模具中，在20℃下养护10h，得到板材坯体；
(3)将所述坯体脱模后置于鼓风干燥箱中，在45℃条件下干燥25h，得到失水率为100％的浇筑基板；将所述基板在压力为0.2MPa的CO2环境中碳化24h，得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材，命名为5-JS。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，没有加入氮化碳，其他步骤与工艺均相同。得到的产物记为0-JS。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，脱模后没有干燥，其他步骤与工艺均相同。得到的产物记为0-1-JS。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，调节原料中凝胶材料与石英砂的配比，其他步骤与工艺均相同。具体为：将80g钢渣、80g石英砂、8g粉煤灰、4g硅灰、4g氮化碳和24g普通硅酸盐水泥混合并搅拌，得到混凝土干料。得到的产物记为0-2-JS。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，缩短了养护时间，养护时间为4h，其他步骤与工艺均相同。得到的产物记为0-3-JS。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于，缩短了碳化时间，碳化时间为10h，其他步骤与工艺均相同。得到的产物记为0-4-JS。
图1是本发明所用催化剂氮化碳的孔径分布图和比表面积图(通过BET比表面积测试法和BJH孔径分布测试法测得)。通过图1所示，氮化碳有较大的孔径，其比表面积达到19.13m3/g，较大的比表面积有利于污染物的吸附与降解，孔径多数分布于15nm-45nm之间，属于微孔范围且数量较多，在碳化过程中充当CO2气体通道，使得板材内部充分碳化，从而提高浇筑板抗折强度，为CO2气体进入板材留下大量通道，加强了碳化程度。
检测实施例1-5及对比例1-5得到的浇筑板的抗折强度(见图2)，对比例1～5和实施例1～5的产物的抗折强度分别为9.7MPa、7.3MPa、10.4MPa、12.4MPa、10.9MPa、13.2MPa、15.6MPa、19.2MPa、25.7MPa、14.4MPa。其中实施例4的浇筑板的抗折强度最佳，对比例2的抗折强度相对较差，可见水分含量过高影响CO2进入，完全失水会使碳化反应不进行。
将对比例1～5和实施例1～5制得的不同浇筑板进行碳化性能测试；
测试过程为：以浓度90％的CO2为气体环境，将载有浇筑板的支架放于口径为29cm，高度为40cm的圆柱体压力罐中，并密封锁紧，最后通气排气5分钟并检查压力罐的气密性，最后加气到0.2MPa，关好排气孔，反应24h后取出进行测试。测试结果见图3。
采用烧失量法测试，公式为：ω＝(m0-m1)/m0*100％；ω-碳化程度，％；m0-烧矢前质量，g；m1-烧矢后质量，g。
结果如图3所示，对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制得的浇筑板的碳化程度分别为11.4％、8.5％、11.6％、10.4％、9.0％、12.8％、14.3％、18.7％、23.7％和13.6％，实施例4的浇筑板的碳化程度最好，说明加入催化剂且失水率达到87％的基板碳化程度最好，但是如果失水率过大(见实施例5)，水分作为碳化反应进行中的催化剂缺失则会终止碳化反应；如果碳化时间不足则会造成碳化反应进行不完全(见对比例5)；对比例3与对比例5相比较，碳化程度较高，一来是碳化时间较对比例5长，二来凝胶材料含量少，CO2通过骨料缝隙顺利完成碳化，但石英砂骨料不能完全被凝胶材料包裹而导致抗折强度低。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将凝胶材料、石英砂、粉煤灰、硅灰、催化剂和水泥混合并搅拌，得到混凝土干料；所述催化剂为BiVO4、C3N4和TiO2中的至少一种；
(2)将减水剂和增强剂溶液混合后加入到步骤(1)所述混凝土干料中，搅拌形成浆料，浇筑成型得到板材坯体；所述的增强剂为EDTA和NaCl的混合物；
(3)将步骤(2)所述的板材坯体经养护、脱膜和干燥后进行二氧化碳碳化处理，碳化处理后即制备得到所述可降解气态污染物的浇筑型板材。
2.根据权利要求1所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述凝胶材料为钢渣和C2S含量大于50％的固废中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混凝土干料中，按质量百分比计，凝胶材料占55.9～68.9％、石英砂占19.7～21％、粉煤灰占3.5～4％、硅灰占1～2.1％、催化剂占2～3.5％和水泥占4.9～14％。
4.根据权利要求1～3任一项所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述增强剂溶液中，增强剂和水的质量比为1:6～24；
步骤(2)所述减水剂与增强剂溶液的质量比为2：3～34。
5.根据权利要求4所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌的方式为：首先以60～88rpm的速率搅拌0.1～0.4h，然后再以100～128rpm的速率搅拌0.1～1h。
6.根据权利要求1～3任一项所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述养护的温度为在15～25℃，养护的时间为5～24h；
步骤(3)所述干燥的温度为30～60℃，干燥的时间为5～25h，经过干燥处理，坯体的失水率保持在20～100％。
7.根据权利要求6所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述减水剂为萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂和聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。
8.根据权利要求1～3任一项所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳化处理的时间为12～36h；所述碳化处理的压力为0.1～0.6Mpa，二氧化碳浓度为10～90％。
9.权利要求1～8任一项所述一种可降解气态污染物的浇筑型板材的制备方法制备得到的可降解气态污染物的浇筑型板材。
10.权利要求9所述可降解气态污染物的浇筑型板材在制备建筑和装修材料中的应用。
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