高強度光催化水泥基復合漿料及其產品的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高強度光催化水泥基復合漿料，包括光催化劑復合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水；所述光催化劑復合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導電填料組成。將原料物質制成漿料，再將料漿經過澆筑、高溫高濕養護成型等工藝制得面磚和外墻掛板。產品的檢測結果表明：抗彎極限強度為25～30MPa，抗壓極限強度為150～200MPa，抗沖擊強度為15～20kJ/m2，光催化劑的吸收帶紅移至600nm的可見光區，對1mg/L的羅丹明水溶液經光照6h后的降解率達到85～90%，表明產品具有很高的力學強度和能夠利用可見光進行光催化分解污染物的能力。
【專利說明】高強度光催化水泥基復合漿料及其產品的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化水泥基復合漿料領域，尤其是一種高強度、可見光引發光催化水泥基復合漿料及其產品的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前建筑領域使用較多的是中等強度普通水泥基材料，實現水泥基材料的高強化具有重要的經濟效益和社會效益。另外，隨著環境污染日益加劇，環境保護也是建材行業面臨的重要課題，通過將水泥基材料改進為具有光催化功能、開發出在可見光下能分解環境中的污染物并具有自潔作用的水泥基材已引起人們的廣泛興趣。
[0003]有關高強度水泥基材料的報道和專利已有不少，包括添加功能性材料，改進水泥基材料制作成型工藝等。CN100532314C公開了一種高強度低吸水率水泥基板材漿料及其制備方法，該技術利用漿料自密實活性粉末混凝土的技術直接澆鑄成厚度為幾毫米到十幾毫米的板材，由水泥、硅灰、石英粉、砂、減水劑、防開裂劑和水按一定配比組合而成。制作的產品密實，吸水率小于2 %，大大低于目前市場上的各種纖維增強水泥板材(約20 % )，抗折強度可以通過增強纖維的含量進行調節。《武漢理工大學學報》2001年第11期23卷報道了RPC高性能水泥基復合材料的研究，通過試驗闡述了 RPC-活性粉末混凝土配制過程中對漿體流動度和硬化體強度的機理，在此基礎上得到了 RPC配合比，并對其性能進行了測試，得出RPC水泥基材料能顯著提高混凝土強度。
[0004]有關光催化水泥基材料也有不少報道，其依據是通過摻雜過渡金屬、稀土元素和非金屬元素等方法對TiO2進行改性，以提高它的光催化活性和利用可見光(波長大于400nm))作為光源，降低處理成本。JP2003286063公開了一種在水泥基材料中加入納米TiO2應用的技術，該技術是將光催化二氧化鈦微粒負載在沸石或二氧化硅多孔材料上，與其它水硬性材料等材料配制。由于氮氧化物氧化后生成硝酸，該方法多用于多雨地區，且對光照的要求比較嚴格?！豆δ懿牧稀?013年第5期44卷報道了摻雜N、La改性TiO2的研究，討論了 N、La共摻雜對TiO2晶體結構、電子結構和光學性質的影響，實驗結果表明，摻雜了 N、La的TiO2晶格發生了畸變，提高了體系中八面體偶極矩，N、La共摻雜在可見光區產生了明顯的光吸收，提高了 TiO2的光催化性能。CN200910154677.x公開了一種水泥基材料用納米光催化外加劑的制備方法，該技術制備工藝簡單，制作的水泥基材料用納米光催化外加劑是一種優良的半導體光催化材料，具有一定的光催化活性，而且無毒、化學性質穩定、價廉，廣泛應用于廢氣和廢水處理。但由于TiO2半導體只能吸收波長小于387nm的紫外光才能發揮催化作用 而不能吸收可見光(波長大于400nm)，致使該技術的實際應用受到很大限制。
[0005]但既具有高強度、又具有可見光引發的光催化水泥基復合材料及其產品未見報道。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提出一種高強度光催化水泥基復合漿料，由其制備的產品不僅具有高強度力學性能、并在可見光下具有光催化活性而使水和大氣中的有機污染物分解，起到提高建筑物質量和保護環境的作用。
[0007]為實現此目的，本發明涉及的內容如下:
一種高強度光催化水泥基復合漿料，包括光催化劑復合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水；
所述光催化劑復合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導電填料組成，改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2與活性炭和導電填料的質量比為(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)；
所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2經Fe離子轟擊注入改性得到；
所述稀土元素與N共摻雜TiO2中稀土元素與N和TiO2的質量比為(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
[0008]所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2于加速電壓50kv、轟擊劑量I X IO1Vcm2的離子注入機中轟擊15~30min得到。
[0009]所述稀土元素與N共摻雜TiO2的制備方法如下:
①將鈦酸四丁酯滴加到無水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，攪拌得到A液，其中鈦酸四丁酯:無水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上為質量比；
②將尿素、鹽酸胍或者硝酸銨中的一種與RE(NO3)3.6H20—起溶于無水乙醇和去離子水中得到B液，式中RE選自Nd、Gd、Sm中一種；其中尿素、鹽酸胍或者硝酸銨與RE(N03)3*6H20和無水乙醇以及去離子水的質量比為(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)；
③將A液滴加至B液中，攪拌得到稀土元素與N共摻雜TiO2溶膠；
I將溶膠靜置，待其形成凝膠后以3°c /min的升溫速度升溫至300~700°C，然后保溫I~5h,研磨得到稀土元素與N共摻雜TiO2。
[0010]所述光催化劑復合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水的質量百分比如下:
【權利要求】
1.一種高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于包括光催化劑復合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水； 所述光催化劑復合體由改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2、活性炭和導電填料組成，改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2與活性炭和導電填料的質量比為(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)； 所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2經Fe離子轟擊注入改性得到； 所述稀土元素與N共摻雜TiO2中稀土元素與N和TiO2的質量比為(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
2.根據權利要求1所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述改性后的稀土元素與N共摻雜TiO2是由稀土元素與N共摻雜TiO2于加速電壓50kv、轟擊劑量I X IO16/cm2的離子注入機中轟擊15~30min得到。
3.根據權利要求1或2所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述稀土元素與N共摻雜TiO2的制備方法如下: ①將鈦酸四丁酯滴加到無水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，攪拌得到A液，其中鈦酸四丁酯:無水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上為質量比； ②將尿素、鹽酸胍或者硝酸銨中的一種與RE(NO3)3.6H20—起溶于無水乙醇和去離子水中得到B液，式中RE選自Nd、Gd、Sm中一種；其中尿素、鹽酸胍或者硝酸銨與RE(N03)3*6H20和無水乙醇以及去離子水的質量比為(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)； ③將A液滴加至B液中，攪拌得到稀土元素與N共摻雜TiO2溶膠； X將溶膠靜置，待其形成凝膠后以3°c /min的升溫速度升溫至300~700°C，然后保溫I~5h,研磨得到稀土元素與N共摻雜TiO2。
4.根據權利要求1所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述光催化劑復合體、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加劑、纖維、減水劑和水的質量百分比如下: 光催化劑復合體I~5%水泥25~50% 骨料0.1~10% 活性混合料10~40% 聚合物添加劑0.1-8% 纖維0.5~5% 減水劑0.1~10%水15~25%。
5.根據權利要求1所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述活性炭選自木質活性炭、果殼活性炭、礦物原料活性炭中的一種或兩種以上任意混合，活性炭的顆粒細度為100~150目。
6.根據權利要求1所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述導電填料選自聚苯胺、超細石墨、超細鎳粉中的一種或兩種以上任意混合，導電填料的顆粒細度為.2000 ~3000 目。
7.根據權利要求4所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述聚合物添加劑選自取代度為0.70-0.85的交聯羧甲基纖維素、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一種或兩種以上任意混合；丙烯酸乳液、苯丙乳液的乳液固含量均為30%~50%。
8.根據權利要求4所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述活性混合料選自硅灰、超細硅粉、偏高嶺土中的一種或兩種以上任意混合；活性混合料顆粒細度為.1000-2000 目。
9.根據權利要求4所述的高強度光催化水泥基復合漿料，其特征在于所述纖維的直徑為3~5μηι、長5~10_ ;所述纖維選自鋼纖維、碳纖維、耐堿玻璃纖維中的一種或兩種以上任意混合。
10.采用上述任一權利要求所述的高強度光催化水泥基復合漿料制備產品的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)漿料制備； (2)澆筑成型； (3)養護:在溫度為70~90°C、濕度RH為85~95%的條件下養護24h，然后在自然條件下灑水養護3-5天即得到復合水泥基產品。
【文檔編號】C04B28/00GK103833285SQ201410079241
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】孔德雙, 劉志斌, 谷昌軍, 孔令仁, 許升 申請人:江蘇高淳陶瓷實業有限公司