專利名稱：一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保型建材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將氮摻雜二氧化鈦添加到泡沫混凝土中的材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
泡沫混凝土是通過發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。泡沫混凝土是一種新型的節(jié)能環(huán)保型建筑材料。目前，泡沫混凝土在我國的應(yīng)用主要是屋面泡沫混凝土保溫層現(xiàn)澆、泡沫混凝土面塊、泡沫混凝土輕質(zhì)墻板、泡沫混凝土補(bǔ)償?shù)鼗?。但是，充分利用泡沫混凝土的良好特性，可以將它在建筑工程中的?yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，加快工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量。有研究表明，泡沫混凝土有很好的孔結(jié)構(gòu)，對于體積密度為500 kg/m3的泡沫混凝土而言，其氣孔含量約為整個(gè)體積的50 %(總孔隙率約70 %)，所以和其它的建筑材料相比， 它有輕質(zhì)、吸附污染物能力強(qiáng)、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好和整體性能好等優(yōu)點(diǎn)。此外，泡沫混凝土中的氣孔是相對獨(dú)立的，所以它吸水率較低，防水性能好。雖然泡沫混凝土對污染物有很強(qiáng)的吸附性能，但它卻不能去除這些污染物，而且這些被吸附的污染物釋放出來還會污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土及其制備方法，這種泡沫混凝土可以吸附降解空氣中的氮氧化物，硫氧化物以及雨水中的有機(jī)污染物，對凈化空氣和去除雨水中有機(jī)污染物有明顯作用。該泡沫混凝土可用于城市街道、房屋屋頂、建筑墻體等工程，本發(fā)明的復(fù)合泡沫混凝土可以在保溫隔熱、隔音耐火和環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土，它由以下質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成普通硅酸鹽水泥50-60份，粉煤灰10-15份，泡沫 10-15份，減水劑1-3份，自來水15-20份和氮摻雜二氧化鈦3_5份；
氮摻雜二氧化鈦是按下列原料及工藝制得將10 mL的鈦酸正丁酯和10 mL無水乙醇混合為a液，將3 ml冰醋酸、2 ml雙蒸水和10 ml無水乙醇混合為b液，將b液逐滴滴入不斷攪拌的a液中，攪拌速度為500 r/min，滴加完畢后持續(xù)攪拌30 min，得到混合液，再將3 mL的濃度為1 mol/L尿素加入到混合液中，在攪拌速度為500 r/min下攪拌60 min ；然后于室溫下靜置風(fēng)干，得到干凝膠，然后將干凝膠碾磨成粉末狀后放置于馬弗爐內(nèi)在450 V 下煅燒3 h，得到粉末狀的氮摻雜二氧化鈦，然后選取其中粒徑為7 12 nm的氮摻雜二氧化鈦；
泡沫是按下列原料及工藝制得先將15-20 g牛蹄角粉碎烘干后與200-250 ml自來水和1-2 g亞硫酸氫鈉攪拌混合，再投加5-8 g氫氧化鈣進(jìn)行水解反應(yīng)，將水解液過濾得到蛋白類發(fā)泡劑；然后將蛋白類發(fā)泡劑和自來水按1 :100的體積比混合攪拌10-15 min，攪拌轉(zhuǎn)速為3000 r/min，得到泡沫；
粉煤灰粒徑為0. 075-0. 3 mm ； 減水劑為聚羧酸減水劑。本發(fā)明提供的另一個(gè)技術(shù)方案為一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土的方法，該方法的制備步驟如下
a)將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌10-20min制成水泥漿；
b)將泡沫加入到水泥漿中，在攪拌速度為100r/min下攪拌5-10 min形成泡沫混凝土漿狀料；
c)將氮摻雜二氧化鈦投加到泡沫混凝土漿狀料中，并攪拌均勻；
d)將漿狀料澆筑到模具中，然后放在振動臺上振5-lOmin，振動頻率為200次/min，得到氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土；
e)將泡沫混凝土放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度18-22°C，相對濕度 95-98 %。共養(yǎng)護(hù)^-32d，再拆模得到氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土。研究表明泡沫混凝土具有很好的孔結(jié)構(gòu)，所以對污染物有很強(qiáng)的吸附能力；氮摻雜二氧化鈦是一種優(yōu)良的催化劑，具有較高的催化活性，在可見光區(qū)有較強(qiáng)的響應(yīng)，能有效利用太陽光降解去除包括殺蟲劑、除草劑、氮氧化物、硫化物等污染物。所以將氮摻雜二氧化鈦固定在泡沫混凝土中，并應(yīng)用到城市街道、建筑墻體、屋頂中，在太陽光作用下不僅可以實(shí)現(xiàn)對污染物的吸附，而且還能有效地光催化降解泡沫混凝土吸附的污染物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
(1)采用泡沫混凝土材料，相比其它普通混凝土材料，它具有更好的孔結(jié)構(gòu)，有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好和整體性能好等優(yōu)點(diǎn)。(2)采用氮摻雜的二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?，具有更大的可見光響?yīng)范圍，大大提高了太陽光的利用效率；還可以很好的將泡沫混凝土對污染物的強(qiáng)吸附能力與氮摻雜的二氧化鈦的光催化降解污染物的能力耦合，能有效地吸附并降解污染物。(3)采用粉煤灰完全替代沙子作為混凝土的原材料，不僅實(shí)現(xiàn)了廢物再生利用，還提高了混凝土吸附污染物的能力。(4)采用泡沫混凝土作為氮摻雜二氧化鈦的載體，對污染物不僅有吸附作用，還有降解去除污染物的優(yōu)點(diǎn)。(5)采用澆筑入模、振動搗實(shí)的方式固定氮摻雜二氧化鈦，會大大提高光催化劑的穩(wěn)定性和耐磨性。(6)采用添加減水劑的方式，使得泡沫混凝土中的氣孔更加均勻，吸附能力有明顯提尚。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合具體實(shí)施例作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
(1)原材料的準(zhǔn)備a)篩選粉煤灰，使其粒徑在0.075-0. 3 mm ；
b)氮摻雜二氧化鈦的制備
將10 mL的鈦酸正丁酯和10 mL無水乙醇混合為a液，強(qiáng)力攪拌下逐滴滴入由3 ml冰醋酸、2 ml雙蒸水和10 ml無水乙醇混合的b液中，滴加完畢后繼續(xù)強(qiáng)力攪拌30 min,再將濃度為1 mol/L尿素按照28 %的N/Ti摩爾比加入到a，b混合液中，繼續(xù)攪拌60 min。然后室溫下靜置風(fēng)干為干凝膠后在瑪瑙研缽中碾磨，最后在溫度450 °C下于馬弗爐中煅燒3 h，得到氮摻雜二氧化鈦粉末；
c)泡沫的制備
先將15-20 g的牛蹄角粉碎烘干后與200-250 ml自來水和1_2 g亞硫酸氫鈉攪拌混合，再投加5-8 g氫氧化鈣進(jìn)行水解反應(yīng)。將水解液過濾制得蛋白類發(fā)泡劑。將蛋白類發(fā)泡劑和自來水按1 :100的體積比攪拌10-15 min得到泡沫，攪拌轉(zhuǎn)速為3000 r/min ；
(2)攪拌制成水泥漿
將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和步驟(1)中篩選的粉煤灰混合攪拌10-20 min制成水泥漿；
(3)泡沫與水泥漿攪拌混合
將步驟(1)制備的泡沫加入到步驟(2)制成的水泥漿中，并不斷攪拌均勻形成泡沫混凝土漿狀料；
(4)投加氮摻雜二氧化鈦納米顆粒
將步驟(1)制備的氮摻雜二氧化鈦納米顆粒投加到步驟(3)形成的泡沫混凝土漿狀料中，并輕輕的將氮摻雜二氧化鈦納米顆粒攪拌均勻；
(5)澆筑入模、振動搗實(shí)
將步驟(4)制得的漿狀料澆筑到事先做好的模具中，然后放在振動臺上振實(shí)；
(6)養(yǎng)護(hù)、拆模
將步驟(5)振實(shí)壓制成形的復(fù)合泡沫混凝土放在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度 20士2 °C，相對濕度95 %以上。共養(yǎng)護(hù)至少觀d，再拆模得到復(fù)合泡沫混凝土。實(shí)施例2
(1)復(fù)合泡沫混凝土的制備取普通硅酸鹽水泥50份，粒徑在0. 075-0. 3 mm的粉煤灰 10份，泡沫15份，減水劑2份，自來水20份，氮摻雜二氧化鈦4份；減水劑為聚羧酸減水劑， 泡沫和氮摻雜二氧化鈦按照實(shí)施例1中的制備方法制成；將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌10 min制成水泥漿，再將制備的泡沫加入到水泥漿中，并不斷攪拌均勻形成泡沫混凝土漿狀料，再將制備的氮摻雜二氧化鈦納米顆粒投加到泡沫混凝土漿狀料中，并輕輕的將氮摻雜二氧化鈦納米顆粒攪拌均勻，然后將漿狀料澆筑到事先做好的模具中，模具尺寸為300mmX300mmX20 mm，放在振動臺上振實(shí)，最后將復(fù)合泡沫混凝土放在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度20 °C，相對濕度95 %。共養(yǎng)護(hù)觀d，再拆模得到復(fù)合泡沫混凝土。(2)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的吸附效果
取IOg復(fù)合泡沫混凝土放入IOOml的錐形瓶中，再加入50mL濃度為300mg/L的敵百蟲標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘100轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩 48h，然后用離心機(jī)對敵百蟲溶液以每分鐘5000轉(zhuǎn)離心10分鐘，分離出的上清液用鉬酸銨分光光度法測定磷濃度，溶液中磷減少的量就是被復(fù)合泡沫混凝土吸附的量，其吸附能力達(dá)到 5. 05mg/g。(3)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的去除效果
取100 ml濃度為10 mg/1的4-氯酚溶液，將制備的復(fù)合泡沫混凝土加入4-氯酚溶液中，以100 W日光燈為光源，反應(yīng)8 h，用離心分離器分離10 min以除去沉淀，然后用上海光譜儀器公司722型分光光度計(jì)在波長為660 nm處測定離心液的吸光度，其降解率可達(dá)到 71.01 %。實(shí)施例3
(1)復(fù)合泡沫混凝土的制備取普通硅酸鹽水泥60份，粒徑在0. 075-0. 3 mm的粉煤灰 15份，泡沫10份，減水劑3份，自來水15份，氮摻雜二氧化鈦5份；減水劑為聚羧酸減水劑， 泡沫和氮摻雜二氧化鈦按照實(shí)施例1中的制備方法制成；將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌20 min制成水泥漿，再將制備的泡沫加入到水泥漿中，并不斷攪拌均勻形成泡沫混凝土漿狀料，再將制備的氮摻雜二氧化鈦納米顆粒投加到泡沫混凝土漿狀料中，并輕輕的將氮摻雜二氧化鈦納米顆粒攪拌均勻，然后將漿狀料澆筑到事先做好的模具中，模具尺寸為300mmX300mmX20 mm，放在振動臺上振實(shí)，最后將復(fù)合泡沫混凝土放在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度22 °C，相對濕度95 %。共養(yǎng)護(hù)觀d，再拆模得到復(fù)合泡沫混凝土。(2)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的吸附效果
取IOg復(fù)合泡沫混凝土放入IOOml的錐形瓶中，再加入50mL濃度為300mg/L的敵百蟲標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘100轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩 48h，然后用離心機(jī)對敵百蟲溶液以每分鐘5000轉(zhuǎn)離心10分鐘，分離出的上清液用鉬酸銨分光光度法測定磷濃度，溶液中磷減少的量就是被復(fù)合泡沫混凝土吸附的量，其吸附能力達(dá)到 6. 02mg/g。(3)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的去除效果
取100 ml濃度為10 mg/1的4-氯酚溶液，將制備的復(fù)合泡沫混凝土加入4-氯酚溶液中，以100 W日光燈為光源，反應(yīng)8 h，用離心分離器分離10 min以除去沉淀，然后用上海光譜儀器公司722型分光光度計(jì)在波長為660 nm處測定離心液的吸光度，其降解率可達(dá)到 62. 47 %。實(shí)施例4
(1)復(fù)合泡沫混凝土的制備取普通硅酸鹽水泥55份，粒徑在0. 075-0. 3 mm的粉煤灰 13份，泡沫13份，減水劑1份，自來水18份，氮摻雜二氧化鈦3份；減水劑為聚羧酸減水劑， 泡沫和氮摻雜二氧化鈦按照實(shí)施例1中的制備方法制成；將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌15 min制成水泥漿，再將制備的泡沫加入到水泥漿中，并不斷攪拌均勻形成泡沫混凝土漿狀料，再將制備的氮摻雜二氧化鈦納米顆粒投加到泡沫混凝土漿狀料中，并輕輕的將氮摻雜二氧化鈦納米顆粒攪拌均勻，然后將漿狀料澆筑到事先做好的模具中，模具尺寸為300mmX300mmX20 mm，放在振動臺上振實(shí)，最后將復(fù)合泡沫混凝土放在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度21 °C，相對濕度95 %。共養(yǎng)護(hù)觀d，再拆模得到復(fù)合泡沫混凝土。(2)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的吸附效果取IOg復(fù)合泡沫混凝土放入IOOml的錐形瓶中，再加入50mL濃度為300mg/L的敵百蟲標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘100轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩 48h，然后用離心機(jī)對敵百蟲溶液以每分鐘5000轉(zhuǎn)離心10分鐘，分離出的上清液用鉬酸銨分光光度法測定磷濃度，溶液中磷減少的量就是被復(fù)合泡沫混凝土吸附的量，其吸附能力達(dá)到 5. 49mg/g。(3)復(fù)合泡沫混凝土對污染物的去除效果
取100 ml濃度為10 mg/1的4-氯酚溶液，將制備的復(fù)合泡沫混凝土加入4-氯酚溶液中，以100 W日光燈為光源，反應(yīng)8 h，用離心分離器分離10 min以除去沉淀，然后用上海光譜儀器公司722型分光光度計(jì)在波長為660 nm處測定離心液的吸光度，其降解率可達(dá)到 67. 33 %。實(shí)施例5
(1)未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土的制備取普通硅酸鹽水泥55份，粒徑在 0. 075-0. 3 mm的粉煤灰13份，泡沫13份，減水劑1份，自來水18份；減水劑為聚羧酸減水劑，泡沫按照實(shí)施例1中的制備方法制成；將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌15 min制成水泥漿，再將制備的泡沫加入到水泥漿中，并不斷攪拌均勻形成泡沫混凝土漿狀料，然后將漿狀料澆筑到事先做好的模具中，模具尺寸為300mmX300mmX20 mm, 放在振動臺上振實(shí)，最后將泡沫混凝土放在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度21 °C，相對濕度95 %。共養(yǎng)護(hù)觀d，再拆模得到未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土。(2)未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土對污染物的吸附效果
取IOg未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土放入IOOml的錐形瓶中，再加入50mL濃度為300mg/L的敵百蟲標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘100轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩48h，然后用離心機(jī)對敵百蟲溶液以每分鐘5000轉(zhuǎn)離心10分鐘，分離出的上清液用鉬酸銨分光光度法測定磷濃度，溶液中磷減少的量就是被未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土吸附的量，其吸附能力達(dá)到5. 07mg/g。(3)未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土對污染物的去除效果
取100 ml濃度為10 mg/1的4-氯酚溶液，將制備的未添加氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土加入4-氯酚溶液中，以100 W日光燈為光源，反應(yīng)8 h，用離心分離器分離10 min以除去沉淀，然后用上海光譜儀器公司722型分光光度計(jì)在波長為660 nm處測定離心液的吸光度，其降解率達(dá)到2. 01 %。
權(quán)利要求
1.一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土，其特征在于它由以下質(zhì)量份數(shù)配比的原料制成普通硅酸鹽水泥50-60份，粉煤灰10-15份，泡沫10-15份，減水劑1_3份，自來水15-20 份和氮摻雜二氧化鈦3-5份；所述氮摻雜二氧化鈦是按下列原料及工藝制得將10 mL的鈦酸正丁酯和10 mL無水乙醇混合為a液，將3 ml冰醋酸、2 ml雙蒸水和10 ml無水乙醇混合為b液，將b液逐滴滴入不斷攪拌的a液中，攪拌速度為500 r/min，滴加完畢后持續(xù)攪拌30 min，得到混合液，再將3 mL的濃度為1 mol/L尿素加入到混合液中，在攪拌速度為500 r/min下攪拌60 min ； 然后于室溫下靜置風(fēng)干，得到干凝膠，然后將干凝膠碾磨成粉末狀后放置于馬弗爐內(nèi)在450 °C下煅燒3 h，得到粉末狀的氮摻雜二氧化鈦，然后選取其中粒徑為7 12 nm的氮摻雜二氧化鈦；所述泡沫是按下列原料及工藝制得先將15-20 g牛蹄角粉碎烘干后與200-250 ml自來水和1-2 g亞硫酸氫鈉攪拌混合，再投加5-8 g氫氧化鈣進(jìn)行水解反應(yīng)，將水解液過濾得到蛋白類發(fā)泡劑；然后將蛋白類發(fā)泡劑和自來水按1 :100的體積比混合攪拌10-15 min，攪拌轉(zhuǎn)速為3000 r/min，得到泡沫；所述粉煤灰粒徑為0. 075-0. 3 mm ；所述減水劑為聚羧酸減水劑。
2.一種制備權(quán)利要求1所述氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土的方法，其特征在于該方法的制備步驟如下a)將普通硅酸鹽水泥，減水劑，自來水和粉煤灰混合攪拌10-20min制成水泥漿；b)將泡沫加入到水泥漿中，在攪拌速度為100r/min下攪拌5-lOmin形成泡沫混凝土漿狀料；c)將氮摻雜二氧化鈦投加到泡沫混凝土漿狀料中，并攪拌均勻；d)將漿狀料澆筑到模具中，然后放在振動臺上振5-lOmin，振動頻率為200次/min，得到泡沫混凝土；e)將泡沫混凝土放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度18-22°C，相對濕度 95-98 %，共養(yǎng)護(hù)^-32d，再拆模得到氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土及其制備方法。本發(fā)明的泡沫混凝土是由下列原料按一定重量配比制成普通硅酸鹽水泥，粉煤灰，泡沫，減水劑，自來水和氮摻雜二氧化鈦。該泡沫混凝土的制備方法包括以下步驟原材料混合攪拌制成水泥漿—泡沫與水泥漿攪拌混合—投加氮摻雜的二氧化鈦—澆注入?！駝訐v實(shí)—養(yǎng)護(hù)—拆模。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將氮摻雜的二氧化鈦固定在泡沫混凝土中，當(dāng)自然光照射到泡沫混凝土?xí)r，通過氮摻雜的二氧化鈦光催化反應(yīng)來降解去除泡沫混凝土吸附的污染物；并且泡沫混凝土具有輕質(zhì)、隔音隔熱、去除污染物等優(yōu)點(diǎn)，所以可以作為一種環(huán)保材料應(yīng)用到城市街道、房屋屋頂、建筑墻體等。
文檔編號C04B22/06GK102557723SQ20121000030
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者李軼, 羅小勇, 邢濤, 陳云霄 申請人:河海大學(xué)