CN115057673B - 一种高效率自清洁光催化混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效自清洁光催化混凝土及其制备方法，所述高效自清洁光催化混凝土包括混凝土本体以及涂覆于混凝土本体的表面的超亲水面层及超疏水面层，所述超亲水面层为纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒的混合物，所述超疏水面层为添加改性剂的聚二甲基硅氧烷，所述超亲水面层与所述超疏水面层间隔分布形成阵列结构，所述超亲水面层与所述超疏水面层共同组成集水面层。本发明高效率自清洁的光催化混凝土的选用的组份简单经济，相较于传统的光催化混凝土而言，即使在无雨的情况下，也能通过强大的集水功能，有效清洁混凝土的表面，提高光催化效率。
Description
技术领域
本发明属于光催化混凝土技术领域，具体涉及一种高效率自清洁光催化混凝土及其制备方法。
背景技术
汽车尾气的排放往往会导致空气质量恶化，尾气中的氮氧化物等还会硬气呼吸道疾病的发生。目前，通过应用TiO2光催化技术将汽车尾气转化降解，是一种有效的改善空气质量的方法。在转化完成后，反应物往往会附着于TiO2的表面，降低转化效率，虽然雨水能够冲洗混凝土表面，恢复催化效果，但是该方法过于依赖环境，而且对于立面涂层和干旱少雨的地区，效果并不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高效自清洁光催化混凝土，以解决现有技术中光催化混凝土在干焊、少雨的情况下效果不明显这一缺陷，减少了光催化混凝土对环境的依赖。此外，本发明还要提供一种高效率自清洁光催化混凝土的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种高效自清洁光催化混凝土，包括混凝土本体以及涂覆于混凝土本体的表面的超亲水面层及超疏水面层，所述超亲水面层为纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒的混合物，所述超疏水面层为添加改性剂的聚二甲基硅氧烷，所述超亲水面层与所述超疏水面层间隔分布形成阵列结构，所述超亲水面层与所述超疏水面层共同组成集水面层。
优选地，所述亲水层中SiO2与TiO2的质量比为0％-30％。
优选地，所述超疏水面层中改性剂为聚硅氨烷、聚氨酯和环氧树脂中的一种或两种。
优选地，所述纳米级TiO2颗粒为经过Fe3+离子溶液改性后得到。
优选地，所述混凝土本体包括以下各组分：水、水泥、矿粉、粉煤灰、外加剂和石子。
优选地，所述超亲水面层与所述超疏水面层于所述混凝土本体的表面呈条纹状交替分布。
本发明的第二方面，提供一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，用于制备上述的高效自清洁光催化混凝土，包括以下步骤：
步骤一、纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒按比例混合，得到混合粉末A；
步骤二、以聚二甲基硅氧烷为基础疏水材料，掺加改性剂，得到溶液B；
步骤三、将溶液B喷涂于混凝土本体的表面，干燥一段时间形成超疏水面层；
步骤五、待超疏水面层部分固化后，按照规则形状将混合粉末A喷涂于超疏水面层的面层上。
优选地，所述步骤一中，将纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒以0％～30％的质量比加入鼓式搅拌机中，搅拌0.5h～1h后得到混合粉末A。
优选地，所述步骤二中，以聚二甲基硅氧烷为基础疏水材料，掺加改性剂，搅拌5min后，得到B溶液。
优选地，所述步骤三中，混凝土本体的制备方法如下：将水泥、水、矿粉、粉煤灰、外加剂和石子按一定比例拌合，根据需要浇筑成一定形状，养护至28d龄期得到混凝土本体。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明高效率自清洁的光催化混凝土的选用的组份简单经济，相较于传统的光催化混凝土而言，超亲水面层与超疏水面层的阵列结构，即使在无雨的情况下，也能通过强大的集水功能，有效清洁混凝土的表面，提高光催化效率。
附图说明
图1为本实施例蒸馏水在混合粉末A所形成的超亲水面层的表面润湿状态图。
图2为本实施例蒸馏水在溶液B所形成的超疏水面层的表面润湿状态图。
图3为本实施例高效率自清洁光催化混凝土防撞墙的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
本实施例提供一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备混凝土本体；混凝土本体中各成分单方用量配比如下：水泥：细集料：粗集料：水＝372：582：1295：171，单位为kg/m3，按照防撞墙的形状进行浇筑，浇筑完成后在标准条件下养护28d后，打磨、冲洗、晾干防撞墙侧面。其中，水泥选用P 2O42.5水泥，细集料为Ⅱ区中砂，粗集料为4.75-37.5mm碎石。
步骤二、制备混合粉末A；称取纳米级亲水性SiO2颗粒100g，纳米级且经过Fe3+改性的TiO2颗粒400g，使用鼓式搅拌机混合30min，得到混合粉末A。
步骤三、称取184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(主剂)500g，184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(固化剂)50g(固化剂：主剂＝1：10)，使用玻璃棒搅拌5min，再加入25g聚氨酯，继续搅拌5min，得到溶液B。
步骤四、将防撞墙侧放，使打磨面朝上，均匀涂抹溶液B后在60℃下预固化1h，部分固化。
步骤五、在超疏水面层的表面固定条纹宽度为2毫米，条纹净距为2毫米的平行于长边的格栅，用喷枪均匀喷涂混合粉末A。
步骤六、将喷涂好混合粉末A的防撞墙在60℃下继续固化3h，即可得到高效率自清洁的光催化混凝土。
实施例2
本实施例提供一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备混凝土本体；混凝土本体中各成分单方用量配比如下：水泥：细集料：粗集料：水＝372：582：1295：171，单位为kg/m3，按照防撞墙的形状进行浇筑，浇筑完成后在标准条件下养护28d后，打磨、冲洗、晾干防撞墙侧面。其中，水泥选用P 2O42.5水泥，细集料为Ⅱ区中砂，粗集料为4.75-37.5mm碎石。
步骤二、制备混合粉末A；称取纳米级亲水性SiO2颗粒120g，纳米级且经过Fe3+改性的TiO2颗粒400g，使用鼓式搅拌机混合1h，得到混合粉末A。
步骤三、称取184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(主剂)500g，184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(固化剂)50g(固化剂：主剂＝1：10)，使用玻璃棒搅拌5min，再加入25g环氧树脂，继续搅拌5min，得到溶液B。
步骤四、将防撞墙侧放，使打磨面朝上，均匀涂抹溶液B后在100℃下预固化10min，部分固化。
步骤五、在超疏水面层的表面固定条纹宽度为1.5毫米，条纹净距为1毫米的平行于长边的格栅，用喷枪均匀喷涂混合粉末A，将喷涂好混合粉末A的防撞墙在100℃下继续固化30min。
步骤六、将经过以上步骤处理得到的防撞墙安装于路面相应位置，即可得到高效率自清洁的光催化混凝土。即可得到高效率自清洁的光催化混凝土。
对比例
步骤一、制备混凝土本体；混凝土本体中各成分单方用量配比如下：水泥：细集料：粗集料：水＝372：582：1295：171，单位为kg/m3，按照防撞墙的形状进行浇筑，浇筑完成后在标准条件下养护28d后，打磨、冲洗、晾干防撞墙侧面。其中，水泥选用P 2O42.5水泥，细集料为Ⅱ区中砂，粗集料为4.75-37.5mm碎石。
步骤二、称取纳米级TiO2颗粒100g，184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(主剂)500g，184PDMS硅橡胶聚二甲基硅氧烷(固化剂)50g(固化剂：主剂＝1：10)，使用玻璃棒搅拌5min，再加入25g环氧树脂，继续搅拌5min，得到C溶液。
步骤三、将防撞墙侧放，使打磨面向上，用刷子均匀涂刷C溶液，100℃下干燥1h，全部固化。
步骤四、将经过以上步骤处理得到的防撞墙安装于路面相应位置，即可得到高效率自清洁的光催化混凝土。
对实施例1、实施例2、对比例的光催化混凝土进行测试，对测试方法说明如下：
(1)超亲水性：以蒸馏水在涂层表面的静态接触角来表征；(2)超疏水性：以蒸馏水在涂层表面的静态接触角和滚动角来表征；(3)集水效率：以单位面积上单位时间收集水分数量来表征。测试结果见表1。
表1实施例和对比例试验结果表
由表1可知，本发明形成的超疏水面层水静态接触角均值为122.9°±0.8°，滚动角均值为23.5°，疏水效果明显；超亲水面层水接触角均值为17.6°±1.2°，亲水效果显著；超疏水和超亲水面层共同组成的集水面层，在标准养护条件(20±1℃、R.H>95％)下，其集水效率达0.718g/(h 2cm2)，能够在无雨天气下在表面收集水分，有效冲洗光催化区。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。
Claims (5)
1.一种高效自清洁光催化混凝土，其特征在于，包括混凝土本体以及涂覆于混凝土本体的表面的超亲水面层及超疏水面层，所述超亲水面层为纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒的混合物，所述纳米级TiO2颗粒为经过Fe3+离子溶液改性后得到，所述超疏水面层为添加改性剂的聚二甲基硅氧烷，所述超疏水面层中改性剂为聚硅氨烷、聚氨酯和环氧树脂中的一种或两种，所述超亲水面层与所述超疏水面层间隔分布形成阵列结构，所述超亲水面层与所述超疏水面层于所述混凝土本体的表面呈条纹状交替分布，所述超亲水面层与所述超疏水面层共同组成集水面层。
2.如权利要求1所述的一种高效自清洁光催化混凝土，其特征在于，所述混凝土本体包括以下各组分：水、水泥、矿粉、粉煤灰、外加剂和石子。
3.一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，用于制备权利要求1-2任一项所述的高效自清洁光催化混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、纳米级亲水性SiO2颗粒与纳米级TiO2颗粒按比例混合，得到混合粉末A；
步骤二、以聚二甲基硅氧烷为基础疏水材料，掺加改性剂，得到溶液B；
步骤三、将溶液B喷涂于混凝土本体的表面形成超疏水面层；
步骤五、待超疏水面层部分固化后，按照规则形状将混合粉末A喷涂于超疏水面层的面层上。
4.如权利要求3所述的一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，以聚二甲基硅氧烷为基础疏水材料，掺加改性剂，搅拌5min后，得到B溶液。
5.如权利要求3所述的一种高效自清洁光催化混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，混凝土本体的制备方法如下：将水泥、水、矿粉、粉煤灰、外加剂和石子按一定比例拌合，根据需要浇筑成一定形状，养护至28d龄期得到混凝土本体。
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