一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及其制備方法，以硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑、長石混合后并壓制成生坯，經(jīng)干燥、焙燒、冷卻得到硅藻土磚，并在其表面涂附鎢酸鉍后再焙燒、冷卻得到內(nèi)墻硅藻磚。本發(fā)明的內(nèi)墻硅藻磚利用了硅藻土為主基料的優(yōu)異特殊性能，再通過添加纖蛇紋石纖維、鎢酸鉍光催化劑，從而提高其力學(xué)性能，及實現(xiàn)在可見光下的光催化效果。同時本發(fā)明還能產(chǎn)生能夠分解室內(nèi)的有毒有害氣體，并集調(diào)濕、隔熱、抗菌、吸音、保溫、凈化空氣及阻燃等功能于一體的新型環(huán)保性建材。
【專利說明】
一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及 其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無機非金屬礦物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有可見光催化性能的高 強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著人們的生活水平不斷提高，各種室內(nèi)家裝材料被大量使用，由此造成 的室內(nèi)空氣污染日益明顯，甲醛、苯、二甲苯等有機污染已是司空見慣，因此引起的身體傷 害也時有發(fā)生。因此，盡量祛除居室污染、創(chuàng)造一個綠色安全的居室環(huán)境成為當(dāng)前的重要目 標(biāo)。為了適應(yīng)人們的需求，環(huán)保建材應(yīng)運而生。
[0003] 以硅藻土為主要原料制備的室內(nèi)墻磚，除了具有不含有害物質(zhì)、防水、阻燃、隔音、 隔熱等優(yōu)點外，還具有保濕、除味、凈化空氣等特殊功能，因此在室內(nèi)家居裝飾中具有極大 的應(yīng)用潛力，并引起了廣泛的關(guān)注。近些年，有關(guān)硅藻土內(nèi)墻磚的開發(fā)和研究很多，各具特 點。
[0004] 但是，從現(xiàn)有國內(nèi)外文獻及已公開的專利來看，現(xiàn)有的以硅藻土為主基料的室內(nèi) 墻面磚，其抗折強度較低，很難達到相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，如何在降低生產(chǎn)燒結(jié)溫度的 同時提高其強度，增強其性能，延長其使用壽命，是目前研究的重點方向。
[0005] 目前室內(nèi)環(huán)境中降解有機污染氣體的光催化劑，大部分是二氧化鈦(Ti02)，或者 是針對二氧化鈦做的改性研究。然而二氧化鈦的禁帶寬度為3.2eV左右，主要是在波長小于 400nm的紫外光區(qū)內(nèi)有響應(yīng)，而紫外光在太陽光中占得比例不足5%，在室內(nèi)照明光中的含量 更低，因此二氧化鈦光催化劑無法有效利用太陽光和室內(nèi)燈光中的可見光，造成實際光降 解能力很低。因此，如何制備具有可見光催化性能的內(nèi)墻硅藻磚，也成為目前需要研究的重 點方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔 環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及其制備方法，旨在根據(jù)硅藻土為主基料的優(yōu)異特殊性能，通過添加纖蛇 紋石纖維使其獲得較好的力學(xué)性能，并在其表面負載鎢酸鉍光催化劑，使其在室內(nèi)的可見 光源下獲得較好的光催化性能。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:一種具有可見光催化性能的高強輕 質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，所述硅藻磚成分及其占原料總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：硅藻土60~ 85%、高嶺土 5~15%、纖蛇紋石纖維2~15%、高分子粘結(jié)劑0.1~5%、長石2~5%、光催化劑1~ 5%。硅藻磚具有大量空隙，且空隙成多級分布，孔徑從納米級到微米級。纖蛇紋石纖維具有 力學(xué)性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定好等特點，可用于材料增強，因此將其添加到硅藻磚坯體原料中，能 夠在低溫焙燒時提高娃藻磚的力學(xué)強度。
[0008] 作為優(yōu)選，所述光催化劑為鎢酸鉍，所述鎢酸鉍分布在所述硅藻磚表面層中。鎢酸 鉍光催化劑不但具有熱穩(wěn)定與光催化性能穩(wěn)定、降解效果好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，而且其禁帶 寬度合適，為2.8eV左右，能夠有效充分利用太陽光與照明光中的可見光，具有更好的光催 化性能。通過使用鎢酸鉍代替現(xiàn)有的二氧化鈦，使得硅藻土墻面磚實際的光催化性能更穩(wěn) 定，降解有機污染物的效果更好，硅藻磚在可見光下對有機氣體污染物的降解率大于70%。
[0009] 本發(fā)明進一步提供一種制備具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻 磚的方法，包括下列步驟： (1)將硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑、長石按一定質(zhì)量比混合，攪拌混 合均勻，制備得到硅藻土基坯體原料。通過添加纖蛇紋石纖維，使其無規(guī)則填充在磚體結(jié)構(gòu) 中，使得墻面磚的強度增大。
[0010] (2)將硅藻土基坯體原料置于液壓機中，在一定壓力下壓制成生坯。
[0011] (3)將壓制成型的生坯放到干燥箱中進行干燥。
[0012] (4)將干燥后的生坯置于高溫爐中，在一定溫度進行焙燒，保溫一段時間，然后關(guān) 爐，自然冷卻至室溫。
[0013] (5)將鎢酸鉍涂附到(4)中制得的硅藻土磚表面，靜置一段時間。
[0014] (6)將靜置后的硅藻土磚再次放到高溫爐中焙燒，控制一定溫度焙燒一段時間，然 后關(guān)爐，自然冷卻至室溫，得到具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚。
[0015] 作為優(yōu)選，其中步驟(1)中優(yōu)選纖蛇紋石纖維占混合總量的2~10%。
[0016] 作為優(yōu)選，其中步驟(4)中所述焙燒溫度為800~1000°C，保溫時間1~3小時。
[0017] 作為優(yōu)選，其中步驟(5)用硝酸祕和媽酸鈉為原料制備媽酸祕。
[0018] 進一步地，在水中將硝酸鉍和鎢酸鈉反應(yīng)生成鎢酸鉍，得到均勻的鎢酸鉍懸浮液， 將所述懸浮液涂附到(4)中制得的硅藻土磚表面。
[0019] 作為優(yōu)選，其中步驟(5)中，所述靜置時間為1~3小時。
[0020] 作為優(yōu)選，其中步驟(6)中所述焙燒溫度為400~600°C，焙燒時間為1~3小時 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:本發(fā)明硅藻土墻面磚，由于坯體中的硅藻土具 有多級、大量的微孔、介孔、中孔結(jié)構(gòu)，使得原料具有許多優(yōu)異的特殊性能，例如質(zhì)輕，吸附 性強、隔熱保溫性好、消除噪音性好等。進一步，本發(fā)明由于磚體中的纖蛇紋石纖維具有力 學(xué)性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定好的特點，使得硅藻土磚強度較高，力學(xué)性能好，能夠滿足輕質(zhì)磚相關(guān) 的國家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明硅藻土墻面磚表層還引入功能性材料鎢酸鉍，該材料具較好的可見光 光催化性能，且催化性能穩(wěn)定。使得該墻面磚具有長效凈化空氣能力，并可對室內(nèi)的甲醛、 苯、V0C、氨等有毒有害氣體進行可見光催化分解，從而改善室內(nèi)居住環(huán)境，降低危害。同時 本發(fā)明提供的硅藻磚制備方法相比現(xiàn)有制備方法而言，在相同燒結(jié)溫度下，本發(fā)明制備的 硅藻磚強度更高，性能更好。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明提供一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚及其制備 方法，通過添加纖蛇紋石纖維，使其無規(guī)則填充在磚體結(jié)構(gòu)中，使得硅藻磚的強度增大;通 過使用鎢酸鉍可見光催化劑代替二氧化鈦，使得硅藻土磚的可見光催化性能更好，降解效 果更好。
[0023] -種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，所述硅藻磚壁殼上具 有大量空隙，且空隙成多級分布，孔徑從納米級到微米級。所述硅藻磚成分及其占原料總 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為娃藻土60~85%、高嶺土5~15%、纖蛇紋石纖維2~15%、高分子粘結(jié)劑0.1 ~5 %、長石2~5 %、光催化劑1~5 %。其中米用媽酸祕作為娃藻磚中光催化劑。纖蛇紋石纖維 具有力學(xué)性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定好等特點，可用于材料增強，因此將其添加到硅藻磚坯體原料 中，能夠在低溫焙燒時提高硅藻磚的力學(xué)強度。鎢酸鉍光催化劑不但具有熱穩(wěn)定與光催化 性能穩(wěn)定、降解效果好、綠色環(huán)保等優(yōu)點。
[0024] 實施例1:制備具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚 將硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑(選用羥丙基甲基纖維素作為本實施 例的高分子粘結(jié)劑）、長石(本實施例選用鉀長石)按一定質(zhì)量比混合，其中纖蛇紋石纖維占 總量的2%，攪拌均勻，攪拌混合均勻，制備硅藻土基坯體原料;將硅藻土基坯體原料置于液 壓機中，在一定壓力下壓制成生坯;將壓制成型的生坯放到干燥箱中進行干燥;將干燥后的 生坯置于高溫爐中，在800°C進行焙燒，保溫時間1小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室溫。按 lmmol的Bi (N0)3和10ml醋酸的比例，攪拌形成硝酸鉍溶液;按0 · 5mmo 1的Na2W〇4和10ml水的 比例，攪拌形成鎢酸鈉溶液;將鎢酸鈉溶液加入硝酸鉍溶液中，并攪拌均勻生成鎢酸鉍，將 該懸浮液濃縮后均勻涂附到硅藻土磚表面，靜置1小時。將靜置后的硅藻土磚再次放到高溫 爐中焙燒，控制溫度400°C時間焙燒1小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室溫。即制備成具有可見 光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，硅藻磚成分及其占原料總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為 硅藻土80.5%、高嶺土8%、纖蛇紋石纖維2%、高分子粘結(jié)劑(羥丙基甲基纖維素）0.5%、長石 (鉀長石)7%、鎢酸鉍1%，剩余成分為雜質(zhì)。
[0025] 實施例2:制備具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚 將硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑、長石按一定質(zhì)量比混合，其中纖蛇紋 石纖維占總量的4%，攪拌均勻，攪拌混合均勻，制備硅藻土基坯體原料;將硅藻土基坯體原 料置于液壓機中，在一定壓力下壓制成生坯;將壓制成型的生坯放到干燥箱中進行干燥;將 干燥后的生坯置于高溫爐中，在950°C進行焙燒，保溫時間2小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室 溫。按lmmol的Bi (N0) 3和10ml醋酸的比例，攪拌形成硝酸鉍溶液;按0.5mmol的Na2W〇4和10ml 水的比例，攪拌形成鎢酸鈉溶液;將鎢酸鈉溶液加入硝酸鉍溶液中，并攪拌均勻生成鎢酸 鉍，將該懸浮液濃縮后均勻涂附到硅藻土磚表面，靜置2小時。將靜置后的硅藻土磚再次放 到高溫爐中焙燒，控制溫度500°C時間焙燒2小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室溫。即制備成具 有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，硅藻磚成分及其占原料總質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 分別為硅藻土 72%、高嶺土 14%、纖蛇紋石纖維4%、高分子粘結(jié)劑3%、長石3%、鎢酸鉍3%，剩余 成分為雜質(zhì)。
[0026] 實施例3:制備具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚 將硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑、長石按一定質(zhì)量比混合，其中纖蛇紋 石纖維占總量的10%，攪拌均勻，攪拌混合均勻，制備硅藻土基坯體原料;將硅藻土基坯體原 料置于液壓機中，在一定壓力下壓制成生坯;將壓制成型的生坯放到干燥箱中進行干燥;將 干燥后的生坯置于高溫爐中，在l〇〇〇°C進行焙燒，保溫時間3小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室 溫。按lmmol的Bi (NO) 3和10ml醋酸的比例，攪拌形成硝酸鉍溶液;按0.5mmol的Na2W〇4和10ml 水的比例，攪拌形成鎢酸鈉溶液;將鎢酸鈉溶液加入硝酸鉍溶液中，并攪拌均勻生成鎢酸 鉍，將該懸浮液濃縮后均勻涂附到硅藻土磚表面，靜置3小時。將靜置后的硅藻土磚再次放 到高溫爐中焙燒，控制溫度600°C時間焙燒3小時，然后關(guān)爐，自然冷卻至室溫。即制備成具 有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，硅藻磚成分及其占原料總質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 分別為硅藻土 73%、高嶺土 5%、纖蛇紋石纖維10%、高分子粘結(jié)劑5%、長石2%、鎢酸鉍4%，剩余 成分為雜質(zhì)。
[0027] 將以上3個實施例得到的內(nèi)墻硅藻磚與普通硅藻磚(其中無纖蛇紋石纖維)的相關(guān)性能 進行測試，其結(jié)果如下：
由上表可知，本發(fā)明的硅藻磚抗折強度遠遠高于現(xiàn)有硅藻磚，而且當(dāng)纖蛇紋石纖維的 含量越高時其內(nèi)墻硅藻磚強度越高，同時檢測其在可見光下5小時內(nèi)對甲醛等有機氣體污 染物的降解率為70~90%，具有良好的可見光催化性能。
[0028]本發(fā)明內(nèi)墻硅藻磚利用了硅藻土為主基料的優(yōu)異特殊性能，再通過添加纖蛇紋石 纖維、鎢酸鉍光催化劑，從而提高其力學(xué)性能，及實現(xiàn)在可見光下的光催化效果。同時本發(fā) 明還能產(chǎn)生能夠分解室內(nèi)有毒有害氣體，并集調(diào)濕、隔熱、抗菌、吸音、保溫、凈化空氣及阻 燃等功能于一體的新型環(huán)保性建材。
[0029]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚，其特征在于:所述硅藻 磚成分及其占原料總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為娃藻土 60~85%、高嶺土5~15%、纖蛇紋石纖維2~ 15%、高分子粘結(jié)劑0.1~5%、長石2~5%、光催化劑1~5%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻磚，其特征在于:所述光催化劑為鎢酸鉍，所述鎢酸鉍分 布在所述娃藻磚表面層中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅藻磚，其特征在于:所述硅藻磚在可見光下對有機氣體污染 物的降解率大于70%。4. 一種制備權(quán)利要求1至3中任一項所述的具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保 內(nèi)墻硅藻磚的方法，包括下列步驟： (1) 將硅藻土、高嶺土、纖蛇紋石纖維、高分子粘結(jié)劑、長石按一定質(zhì)量比混合，攪拌混 合均勻，制備得到硅藻土基坯體原料； (2) 將硅藻土基坯體原料置于液壓機中，在一定壓力下壓制成生坯； (3) 將壓制成型的生坯放到干燥箱中進行干燥； (4) 將干燥后的生坯置于高溫爐中，在一定溫度進行焙燒，保溫一段時間，然后關(guān)爐，自 然冷卻至室溫； (5) 將鎢酸鉍涂附到(4)中制得的硅藻土磚表面，靜置一段時間； (6) 將靜置后的硅藻土磚再次放到高溫爐中焙燒，控制一定溫度焙燒一段時間，然后關(guān) 爐，自然冷卻至室溫，得到具有可見光催化性能的高強輕質(zhì)多孔環(huán)保內(nèi)墻硅藻磚。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟（1)中優(yōu)選纖蛇紋石纖維占混合總量的2~ 10%〇6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(4)中所述焙燒溫度為800~1000°C，保溫時間 1~3小時。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(5)用硝酸鉍和鎢酸鈉為原料制備鎢酸鉍。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，在水中將硝酸鉍和鎢酸鈉反應(yīng)生成鎢酸鉍，得到鎢酸鉍 懸浮液，將所述懸浮液涂附到(4)中制得的硅藻土磚表面。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(5)中，所述靜置時間為1~3小時。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(6)中所述焙燒溫度為400~600°C，焙燒時間 為1~3小時。
【文檔編號】C04B33/13GK106045556SQ201610391878
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】劉琨, 劉歡, 唐學(xué)昆, 馮其明
【申請人】中南大學(xué)