一种光催化泡沫混凝土及其制备方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种光催化泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.随着社会经济的发展，汽车尾气和其他工业气体排放越来越多，所造成的环境问题也越来越严重，空气中的氮氧化物、碳氢化合物等污染物的含量越来越高，并且出现的范围越来越大，给污染的治理和防范都带来了很大难度。光催化技术被认为是能有效改善空气污染的方法之一，纳米tio2具有低毒性、强光吸收和强氧化还原等特点，这些特性使其在光催化领域具有广阔的应用前景。研究表明，将纳米tio2加入混凝土中赋予混凝土光催化性能，在紫外线光的照射下，通过一系列反应除去空气污染物，是城市空气治理的一种新的途径。
3.掺入式是混凝土负载tio2的主要方式，掺入式是将tio2直接加入混凝土，但这种方式制备的混凝土的光催化效率都较低。这是因为，光催化效率受水泥与光催化剂对光照的吸收和能够与光照接触有效质点的数量两个方面的影响，其中最关键的是与光照接触的有效质点的数量。当紫外线照射在混凝土上，一方面，部分紫外线被光催化剂吸收，激发光催化反应顺利发生，部分紫外线被水泥吸收后转化为热能而逐渐散失，后者会使光催化效率降低；另一方面，由于水泥基材料结构比较致密，光照易激发材料表面的光催化剂，但却难以到达材料内部，材料内部能够接触光照的有效质点的数量减少，很大程度限制了光催化效率。
4.因此，如何提高光催化混凝土的光催化效率，是目前急需解决的实际问题。

技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种光催化泡沫混凝土及其制备方法，所述光催化泡沫混凝土具有稳定的多孔结构，纳米tio2充分附着于混凝土孔壁上，在紫外线下的暴露量和与污染物的接触量明显增多，提高了纳米tio2的利用率，具有优异的光催化性能。
6.为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种光催化泡沫混凝土，由以下质量百分含量的原料组成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸减水剂0.2-0.6％、水24.6-27.5％。
7.上述方案中，所述光催化泡沫由以下质量百分含量的原料组成：纳米tio23.8-16.5％、分散稳定剂0.1-0.4％、发泡剂0.3-0.6％、水82.5-95.3％。
8.进一步地，所述纳米tio2为锐钛矿和金红石混晶型，其中，锐钛矿和金红石的质量比为(3-5):1。
9.进一步地，所述纳米tio2的平均粒径为10-50nm。
10.进一步地，所述分散稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶、温轮胶、羧甲基纤维素钠中的一种。
11.进一步地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠中的一种。
12.上述方案中，所述光催化泡沫的密度为65-90kg/m3，平均直径为57-183μm。
13.本发明还提供一种光催化泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
14.1)将纳米tio2与水混合并分散均匀，再加入分散稳定剂进行混合，最后加入发泡剂充分混合，将所得溶液高速搅拌，得到光催化泡沫；
15.2)将聚羧酸减水剂与水混合均匀，再加入白水泥进行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，装入模具，硬化后脱模、养护，得到光催化泡沫混凝土。
16.上述方案中，所述高速搅拌的速率为2200-2600r/min，搅拌时间为90-120s。
17.上述方案中，所述养护的温度为20
±
1℃，湿度＞90％，时间为7-28d。
18.上述方案中，所述光催化泡沫混凝土的湿密度为700-820kg/m3，平均孔径为76-256μm。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.1)本发明以纳米tio2为光催化剂，先将纳米tio2负载于泡沫上形成稳定的光催化泡沫，再将光催化泡沫用于制备光催化泡沫混凝土，混凝土硬化后光催化泡沫破裂消失，负载于泡沫上的纳米tio2即充分附着于混凝土的孔壁上，相比于普通掺入式负载tio2的混凝土，本发明混凝土中的纳米tio2主要分布在孔壁上而非被水泥浆体包裹，从而更多地暴露在紫外线之下，更多的纳米tio2颗粒吸收能量被激发，在光催化泡沫混凝土表面生成羟基自由基和超氧离子，进行光催化反应，提高了纳米tio2的利用率，进而提高了整体的光催化效率。
21.2)本发明在制备过程中，由于纳米tio2吸附在液膜表层吸收大量液膜自由能，阻止表面张力下降，增加扩张粘弹模量和流动阻力，以及稳定剂增加液体粘度，形成柔韧弹性润滑薄膜的双重作用，光催化泡沫在水泥浆体中更稳定，进而使混凝土硬化后形成稳定的多孔结构，使纳米tio2充分吸附在混凝土孔壁，极少量被水泥浆体包裹，因此，相比于其它普通光催化泡沫混凝土，本发明光催化泡沫混凝土中的纳米tio2在紫外线下的暴露量和与污染物的接触量明显增多，光催化性能更加优异。
具体实施方式
22.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
23.以下实施例中，采用的白水泥为阿尔博p.w52.5级白硅酸盐水泥，其氧化铁含量为0.23％；采用的聚羧酸减水剂为市售聚羧酸减水剂，其固含量为40％；采用的纳米tio2为德固赛p25型纳米二氧化钛，为锐钛矿和金红石混晶型，其中锐钛矿和金红石的质量比为4:1，纳米tio2平均粒径为21nm。
24.实施例1-8
25.实施例1-8中光催化泡沫混凝土，由光催化泡沫、白水泥、聚羧酸减水剂和水组成，各原料的质量百分含量见表1。其中，光催化泡沫由纳米tio2、分散稳定剂、发泡剂和水组成，各原料的质量百分含量见表2。
26.表1实施例1-8光催化泡沫混凝土的原料组成
[0027][0028]
表2实施例1-8光催化泡沫的原料组成
[0029][0030][0031]
实施例1-8中光催化泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
1)按表2各原料的质量百分含量，将纳米tio2与水混合并分散均匀，再加入分散稳定剂进行混合，最后加入发泡剂充分混合，将所得溶液按表3的工艺条件进行高速搅拌，得到光催化泡沫；
[0033]
2)将聚羧酸减水剂与水混合均匀，再加入白水泥进行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，装入模具，24h后脱模，按表3的养护条件进行养护，得到光催化泡沫混凝土。
[0034]
表3实施例1-8制备方法的主要工艺条件
[0035][0036]
对比例1-5
[0037]
对比例1-5中光催化泡沫混凝土，由纳米tio2、泡沫、白水泥、聚羧酸减水剂和水组
成，各原料的质量百分含量见表4。其中，泡沫由以下质量百分含量的原料组成：分散稳定剂0.3％、发泡剂0.6％、水99.1％。
[0038]
表4对比例1-5光催化泡沫混凝土的原料组成
[0039][0040]
对比例1-5中光催化泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0041]
1)将水与分散稳定剂进行混合，再加入发泡剂充分混合，将所得溶液在2500r/min的转速下高速搅拌90s，得到泡沫；
[0042]
2)按表3各原料的质量百分含量，将聚羧酸减水剂与水混合均匀，再加入纳米tio2和白水泥进行混合，最后加入泡沫充分混合，装入模具，24h后脱模，在20℃、湿度95％的条件下养护7d，得到光催化泡沫混凝土。
[0043]
对实施例1-5的光催化泡沫和对比例1-5的泡沫的性质进行测定，结果见表5，对比可知，实施例1-5的光催化泡沫的密度更大，说明该泡沫稳定性和对纳米tio2的负载能力更强；实施例1-5的光催化泡沫的平均直径和10h泌水率更小，也进一步说明了该泡沫液膜强度更强，具有更强的稳定性，进而能够在混凝土中形成更稳定的多孔结构。
[0044]
表5实施例1-5和对比例1-5泡沫的性质
[0045][0046]
对实施例1-5和对比例1-5的光催化泡沫混凝土的湿密度和平均孔径进行测定，结果见表6，对比可知，实施例1-5的光催化泡沫混凝土的湿密度和平均孔径更小，说明该泡沫混凝土中孔隙更多，在光催化过程中纳米tio2的暴露量和被激发量会更多。
[0047]
表6实施例1-5和对比例1-5光催化泡沫混凝土的性质
[0048][0049]
对实施例1-5和对比例1-5的光催化泡沫混凝土的光催化性能进行测定，开展no光
催化降解试验和亚甲基蓝光催化降解试验，以no的降解率和亚甲基蓝的降解率来表征光催化泡沫混凝土的光催化性能。
[0050]
no光催化降解试验：取5cm
×
5cm
×
10cm光催化混凝土置于25cm
×
10cm
×
5cm的反应箱中，反应箱中充有一定初始浓度的no，先进行30min暗反应，再用cel-hxf300型氙灯垂直照射光催化混凝土，光强为0.1w/m2，反应1.5h，再进行30min暗反应，采用氮氧化物分析仪测定反应箱中no的最终浓度，计算no的降解率。
[0051]
亚甲基蓝光催化降解试验：取5cm
×
5cm
×
10cm光催化混凝土置于1000ml10mg/l的亚甲基蓝溶液中，在黑暗环境中静置30min，采用紫外可见分光光度法测定溶液中的亚甲基蓝浓度作为初始浓度，采用氙灯照射，光强为0.5w/m2，波长为340nm，反应3h，采用紫外可见分光光度法测定溶液中亚甲基蓝的最终浓度，计算亚甲基蓝的降解率。
[0052]
表7no光催化降解试验结果
[0053][0054]
表8亚甲基蓝光催化降解试验结果
[0055][0056]
实施例1-5中光催化泡沫混凝土的纳米tio2含量经计算分别为0.1％、0.4％、0.8％、1.3％、2.1％，分别与对比例1-5中光催化泡沫混凝土的纳米tio2含量相同，从表7和表8的数据可以看出，在纳米tio2含量相同的情况下，实施例比对比例具有更高的no降解率和亚甲基蓝降解率，no降解率可提高27.43-45.80％，亚甲基蓝降解率可提高33.36-55.16％，光催化效率更高，光催化性能更加优异。
[0057]
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

技术特征：

1.一种光催化泡沫混凝土，其特征在于，由以下质量百分含量的原料组成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸减水剂0.2-0.6％、水24.6-27.5％，其中，光催化泡沫由纳米tio2、分散稳定剂、发泡剂和水组成。2.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫混凝土的湿密度为700-820kg/m3，平均孔径为76-256μm。3.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫由以下质量百分含量的原料组成：纳米tio
2 3.8-16.5％、分散稳定剂0.1-0.4％、发泡剂0.3-0.6％、水82.5-95.3％。4.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫的密度为65-90kg/m3，平均直径为57-183μm。5.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述纳米tio2为锐钛矿和金红石混晶型，其中，锐钛矿和金红石的质量比为(3-5):1。6.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述纳米tio2的平均粒径为10-50nm。7.根据权利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述分散稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶、温轮胶、羧甲基纤维素钠中的一种；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠中的一种。8.一种如权利要求1所述的光催化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将纳米tio2与水混合并分散均匀，再加入分散稳定剂进行混合，最后加入发泡剂充分混合，将所得溶液高速搅拌，得到光催化泡沫；2)将聚羧酸减水剂与水混合均匀，再加入白水泥进行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，装入模具，硬化后脱模、养护，得到光催化泡沫混凝土。9.根据权利要求8所述的光催化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌的速率为2200-2600r/min，搅拌时间为90-120s。10.根据权利要求8所述的光催化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述养护的温度为20
±
1℃，湿度＞90％，时间为7-28d。

技术总结

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种光催化泡沫混凝土及其制备方法。所述光催化泡沫混凝土，由以下质量百分含量的原料组成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸减水剂0.2-0.6％、水24.6-27.5％，其中，光催化泡沫由纳米TiO2、分散稳定剂、发泡剂和水组成。本发明先将纳米TiO2负载于泡沫上形成稳定的光催化泡沫，再将光催化泡沫用于制备光催化泡沫混凝土，得到的光催化泡沫混凝土具有稳定的多孔结构，纳米TiO2充分附着于混凝土孔壁上，在紫外线下的暴露量和与污染物的接触量明显增多，提高了纳米TiO2的利用率，具有优异的光催化性能。光催化性能。