專利名稱：一種多孔水泥基光催化材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型環(huán)保功能建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔水泥基光催化材 料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
多孔水泥基材料是近年發(fā)展起來的一種新型環(huán)保功能建筑材料，它具有輕質(zhì)、隔 音、隔熱保溫等諸多功能。目前，多孔水泥基材料主要應(yīng)用在屋內(nèi)墻板、房屋保溫、補償?shù)鼗?及屋面邊坡等方面，多孔水泥基材料的優(yōu)良特性將會使其應(yīng)用更加廣泛。多孔水泥基材料 一般具有豐富的孔隙，能吸附大量的有害氣體，但其不具備對氣體的凈化功能，故其處理有 害氣體的能力也是有限的。
光催化凈化技術(shù)是近年來提出的一種處理大氣有害氣體及水體污染的新型技術(shù) 思路，其對污染物的無選擇降解凈化，無二次污染等的特點，使其具備廣闊的發(fā)展應(yīng)用空 間。當(dāng)前，光催化凈化技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸之一主要是負載載體的選?。滑F(xiàn)有的光催化材 料與水泥基材料復(fù)合技術(shù)，主要是制備孔隙率小的水泥基材料，一般是將光催化劑與水泥 原料進行共混制備，這樣不僅造成了大量的光催化材料被水泥水化物質(zhì)所包裹失去了光催 化活性,此外，由于水泥基體內(nèi)部光催化材料不能接觸到光源,也使材料整體光催化活性較 低。
中國專利CN 102557723 A公開了一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土及其制備方 法，該技術(shù)將改性光催化劑與普通硅酸鹽水泥基材料、發(fā)泡劑等混合制備了一種多孔水泥 基光催化凈化材料。光催化材料的改性對提高其可見光利用率和光催化活性有一定作用， 但由于是在制備多孔水泥基材料的過程中，將光催化材料加入其中的，不利于光催化材料 的分散，使大量光催化材料被水泥水化產(chǎn)物所包裹，此外，由于普通硅酸鹽水泥基材料透光 性質(zhì)較差、水化產(chǎn)物密實等，造成了被包裹的光催化材料得不到合理利用，大量浪費了光催 化材料，提高了光催化材料的使用成本的同時也降低了材料的光催化效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種多孔水 泥基光催化材料，具有凈化大氣及水體中有害污染物功能，環(huán)境友好，且對環(huán)境無二次污 染。
本發(fā)明的另一目的是提供一種多孔水泥基光催化材料的制備工藝。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為一種多孔水泥基光催化材料，它是由多孔水泥基載體首先在界面處理劑中進行預(yù)處 理，然后與光催化劑進行復(fù)合制備得到的。
一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(O多孔水泥基載體的預(yù)處理將多孔水泥基載體置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲 開孔O. 5h 24h后取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將步驟(I)預(yù)處理后的多孔水泥基載體置于界 面處理劑中超聲活化O. 5h以上后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將光催化劑置入無水乙醇與水的混合溶液(無水乙醇與水按任意 比例)中，使光催化劑的濃度在f 10g/L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取步驟(2)活化后的多孔水泥基載體置于耐壓容器中，然后抽真 空，將步驟(3)所得光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒多孔水泥基載體為準， 保持負載(T24h ；(5)取出負載后的多孔水泥基載體，置于65°C 105°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光 催化材料。
按上述方案，所述的多孔水泥基載體選取硅酸鹽多孔水泥基材料、硫鋁酸鹽多孔 水泥基材料及氯氧鎂多孔水泥基材料中的任意一種。
按上述方案，所述的多孔水泥基載體的平均孔徑在2mm以下，容重在1200kg/m3以 下。
按上述方案，所述的界面處理劑為堿液、硅溶膠中的任意一種，其中堿液選取氫 氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水溶液任意一種，氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液的濃度為 10_4 KTmol/L，氨水溶液的PH值為10 13，硅溶膠固含量為5 40%。
按上述方案，所述的光催化劑選用活性TiO2粉體和活性TiO2溶膠中任意一種。
按上述方案，所述的活性TiO2粉體和溶膠為銳鈦礦晶型或金紅石/銳鈦礦混合晶 型，其中活性TiO2溶膠的固含量為1% 20%。
所述的一種多孔水泥基光催化材料的制備工藝，它包括如下步驟(O多孔水泥基載體的預(yù)處理將多孔水泥基載體置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲 開孔O. 5h 24h后取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將上述預(yù)處理后的多孔水泥基載體置于界面處 理劑中超聲活化處理后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將光催化劑置入無水乙醇與水的任意比例分散溶劑中，使其濃度 在f 10g/L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取上述活化后的多孔水泥基載體置于耐壓容器中，然后抽真空， 將光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒多孔水泥基載體為準，保持負載(T24h ；(5)取出負載后的多孔水泥基載體，置于65°C 180°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光 催化材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是(I)本發(fā)明制備的多孔水泥基光催化材料具有凈化大氣及水體中有害污染物功能，環(huán) 境友好，且對環(huán)境無二次污染。
(2)本發(fā)明采用超聲開孔的方式，提高多孔水泥基載體的通孔率，具備提高對有害 氣體吸附量及對光催化材料負載量的優(yōu)點，能提高材料的光催化效率。
(3)本發(fā)明采用界面處理的方式活化多孔水泥基載體的表面性質(zhì)，有利于提高光 催化材料的負載量及界面結(jié)合力，進而提高其光催化效率及長期活性。
(4)本發(fā)明采用負壓負載的方式制備的多孔水泥基光催化材料中的光催化劑負載 更為均勻且負載深度更大，有利于提高材料的整體性能。
(5)本發(fā)明以多孔水泥基材料作為負載基材，相比于普通水泥基材料，其均勻而豐 富的孔隙結(jié)構(gòu)能與光催化劑協(xié)同提高對有害氣體的處理能力。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例， 而是符合與本發(fā)明所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
耐壓容器是指能承受一定負壓的密閉容器，下述實施例中使用的為真空負壓保水 機(鋼制)，但本權(quán)利要求書中所述耐壓容器不僅僅局限于使用真空負壓保水機。
實施例1:一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(1)多孔水泥基載體的預(yù)處理將容重為400kg/m3，平均孔徑在2mm以下的硅酸鹽多孔 水泥基材料(市售，硅酸鹽多孔保溫磚材)置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔O. 5h后取 出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將步驟(I)預(yù)處理后的硅酸鹽多孔水泥基材料 置于10_4mol/L的氫氧化鈉溶液中超聲活化Ih后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將納米二氧化鈦粉體(市售，DegussaP25，金紅石/銳鈦礦混合 晶型)光催化劑置入體積分數(shù)為50%無水乙醇的水溶液中，使納米二氧化鈦粉體濃度在Ig/ L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取經(jīng)步驟(2)活化后的硅酸鹽多孔水泥基材料置于耐壓容器中， 然后抽真空，將步驟(3)所得光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒硅酸鹽多孔水 泥基材料為準，保持負載Ih ；(5)取出經(jīng)步驟(4)負載后的硅酸鹽多孔水泥基材料，置于65°C烘箱中烘干，得到硅酸 鹽多孔水泥基光催化材料。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)硅酸鹽多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為367ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達25%以上。
實施例2 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(1)多孔水泥基載體的預(yù)處理將容重為400kg/m3，平均孔徑在Imm以下的硫鋁酸鹽多 孔水泥基材料(市售，硫鋁酸鹽多孔保溫板)置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔12h后 取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將經(jīng)步驟(I)預(yù)處理的硫鋁酸鹽多孔水泥基材 料置于IO-1HioVL的氫氧化鉀溶液中超聲活化Ih后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將納米二氧化鈦粉體(市售，DegussaP25，金紅石/銳鈦礦混 合晶型)光催化劑置入體積分數(shù)為80%無水乙醇的水溶液中，使納米二氧化鈦粉體濃度在 10g/L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取經(jīng)步驟(2)活化后的 硫鋁酸鹽多孔水泥基載體置于耐壓容器中，然后抽真空，將步驟(3 )所得光催化劑分散液注 入真空后的耐壓容器，以浸沒硫鋁酸鹽多孔水泥基載體為準，保持負載12h ；(5)取出經(jīng)步驟(4)負載后的硫鋁酸鹽多孔水泥基載體，置于85°C烘箱中烘干，得到硫鋁酸鹽多孔水泥基光催化材料。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX 40mm (長X寬)硫鋁酸鹽多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為349ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達50%以上。
實施例3 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(1)多孔水泥基載體的預(yù)處理將容重為200kg/m3，平均孔徑在O.2mm以下的氯氧鎂多 孔水泥基材料(市售，氯氧鎂水泥多孔保溫板材)置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔Ih 后取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將經(jīng)步驟(I)預(yù)處理的氯氧鎂多孔水泥基材料 置于固含量40%的娃溶膠中超聲活化Ih后取出，烘干,備用；(3)光催化劑的分散將納米二氧化鈦粉體(市售，DegussaP25，金紅石/銳鈦礦混合 晶型)光催化劑置入體積分數(shù)為95%無水乙醇水溶液中，使納米二氧化鈦粉體濃度在IOg/ L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取經(jīng)步驟(2)活化后的氯氧鎂多孔水泥基材料置于耐壓容器中， 然后抽真空，將步驟(3)所得光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒氯氧鎂多孔水 泥基材料為準，保持負載12h ；(5)取出經(jīng)步驟(4)負載后的氯氧鎂多孔水泥基材料，置于105°C烘箱中烘干，得到氯 氧鎂多孔水泥基光催化材料。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)氯氧鎂多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為383ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達80%以上。
實施例4 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(1)多孔水泥基載體的預(yù)處理將容重為800kg/m3，平均孔徑在O.5mm以下的硅酸鹽多 孔水泥基材料(市售，硅酸鹽多孔保溫板材)置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔24h后 取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將經(jīng)步驟(I)預(yù)處理的硅酸鹽多孔水泥基材料 置于KTmol/L的氫氧化鉀溶液中超聲活化3h后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將固含量為20%的TiO2溶膠光催化劑(市售，銳鈦礦晶型)置入 體積分數(shù)為95%無水乙醇水溶液中，使二氧化鈦溶膠的濃度在10g/L，超聲分散半小時,使 其均勻分散，備用；(4)光催化劑的負載取經(jīng)步驟(2)活化后的硅酸鹽多孔水泥基材料置于耐壓容器中， 然后抽真空，將步驟(3)所得光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒硅酸鹽多孔水 泥基材料為準，保持負載24h ；(5)取出經(jīng)步驟(4)負載后的硅酸鹽多孔水泥基材料，置于65°C烘箱中烘干，得到硅酸 鹽多孔水泥基光催化材料。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)硅酸鹽多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中對濃度為354ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達35%以上。
實施例5 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的與實施例4基本相同，不同之處在于dO-1ol/L的氫氧化鉀溶液由PH為12的氨水溶 液代替。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)硅酸鹽多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為331ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達35%以上。
實施例6 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的(1)多孔水泥基載體的預(yù)處理將容重為200kg/m3，平均孔徑在O.5mm以下的氯氧鎂多 孔水泥基材料(市售，氯氧鎂水泥多孔保溫板材)置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔2h 后取出，烘干，備用；(2)多孔水泥基載體的界面活化處理將經(jīng)步驟(I)預(yù)處理的氯氧鎂多孔水泥基材料 置于固含量5%的硅溶膠中超聲活化3h后取出，烘干，備用；(3)光催化劑的分散將固含量為1%的TiO2溶膠光催化劑(市售，銳鈦礦晶型)置入體 積分數(shù)為95%無水乙醇水溶液中，使TiO2溶膠濃度在lg/L，超聲分散半小時，使其均勻分 散，備用；(4)光催化劑的負載取經(jīng)步驟(2)活化后的氯氧鎂多孔水泥基材料置于耐壓容器中， 然后抽真空，將步驟(3)所得光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒氯氧鎂多孔水 泥基材料為準，保持負載2h ；(5)取出經(jīng)步驟(4)負載后的氯氧鎂多孔水泥基載體，置于105°C烘箱中烘干，得到氯 氧鎂多孔水泥基光催化材料。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)氯氧鎂多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為401ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達60%以上。
實施例7 一種多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步驟制備得到的與實施例4基本相同，不同之處在于容重為800kg/m3,平均孔徑在O. 5mm以下的娃酸 鹽多孔水泥基材料由容重為1200kg/m3,平均孔徑在O. 5mm以下的娃酸鹽多孔水泥基材料代替。
以125W熒光高壓汞燈(飛利浦GYZ125E)為光源，氣相色譜儀(GC 9650)為測試設(shè) 備，測試40mmX40mm (長X寬)硅酸鹽多孔水泥基光催化材料在容積為7. 2L密閉容器中 對濃度為373ppm丙酮的降解效率，經(jīng)過50min的光催化降解，其降解效率可達15%以上。
權(quán)利要求
1.一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于它是由多孔水泥基載體、界面處理劑和光催化劑制備而得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于它是按照如下步驟制備得到的 (O多孔水泥基載體的預(yù)處理將多孔水泥基載體置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔O. 5h 24h后取出，烘干，備用； (2)多孔水泥基載體的界面活化處理將上述預(yù)處理后的多孔水泥基載體置于界面處理劑中超聲活化處理后取出，烘干，備用； (3)光催化劑的分散將光催化劑置入無水乙醇與水的任意比例分散溶劑中，使其濃度在f 10g/L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用； (4)光催化劑的負載取上述活化后的多孔水泥基載體置于耐壓容器中，然后抽真空，將光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒多孔水泥基載體為準，保持負載(T24h ； (5)取出負載后的多孔水泥基載體，置于65°C 180°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光催化材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的多孔水泥基載體選取硅酸鹽多孔水泥基材料、硫鋁酸鹽多孔水泥基材料及氯氧鎂多孔水泥基材料中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的多孔水泥基載體的平均孔徑在2_以下，容重小于1200kg/m3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的界面處理劑為堿液、硅溶膠中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水溶液任意一種，其中氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液的濃度為10_4 lO'ol/L，氨水溶液的PH值為10 13。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的硅溶膠固含量為5 40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的光催化劑選用活性TiO2粉體和活性TiO2溶膠中任意一種，其中活性TiO2粉體和溶膠選取銳鈦礦晶型或者金紅石/銳鈦礦混合晶型，活性TiO2溶膠的固含量為1% 20%。
9.如權(quán)利要求1所述的一種多孔水泥基光催化材料的制備工藝，其特征在于它包括如下步驟 (O多孔水泥基載體的預(yù)處理將多孔水泥基載體置于超聲清洗儀中超聲清洗及超聲開孔O. 5h 24h后取出，烘干，備用； (2)多孔水泥基載體的界面活化處理將上述預(yù)處理后的多孔水泥基載體置于界面處理劑中超聲活化處理后取出，烘干，備用； (3)光催化劑的分散將光催化劑置入無水乙醇與水的任意比例分散溶劑中，使其濃度在f 10g/L，超聲分散半小時，使其均勻分散，備用； (4)光催化劑的負載取上述活化后的多孔水泥基載體置于耐壓容器中，然后抽真空，將光催化劑分散液注入真空后的耐壓容器，以浸沒多孔水泥基載體為準，保持負載(T24h ；(5)取出負載 后的多孔水泥基載體，置于65°C 180°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光催化材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多孔水泥基光催化材料及其制備工藝。本發(fā)明的多孔水泥基光催化材料是由多孔水泥基載體、界面處理劑和光催化劑制備而得。制備方法是多孔水泥基載體的預(yù)處理→多孔水泥基載體的界面活化處理→光催化劑的分散→光催化劑的負載→材料后處理。本發(fā)明的優(yōu)點是采用超聲開孔的方式，提高多孔水泥基材料的通孔率，結(jié)合界面處理及負壓負載的方式活化多孔水泥基材料的表面性質(zhì)和提高負載量與均勻性，進而提高其光催化效率及長期活性，此外結(jié)合多孔水泥基材料與光催化材料的協(xié)調(diào)作用，提高對有害氣體的處理能力。
文檔編號C04B28/04GK102989522SQ20121054685
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者王發(fā)洲, 楊露, 胡曙光, 丁慶軍, 關(guān)凌岳, 董躍 申請人:武漢理工大學(xué)