專(zhuān)利名稱(chēng)：具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。在大氣污染中，機(jī)動(dòng)車(chē)排放造成的污染問(wèn)題尤為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2011年，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總量已達(dá)2. 2億輛，機(jī)動(dòng)車(chē)排放物總量超過(guò)5600萬(wàn)噸，其中汽車(chē)尾氣排放的N0X、PM超過(guò)大氣中此類(lèi)污染總量的85%，CH與CO超過(guò)大氣中此類(lèi)污染總量的70%，給人體健康及城市環(huán)境帶來(lái)了極大危害。
除了大氣污染，我國(guó)水資源的污染也非常嚴(yán)重。據(jù)中華人民共和國(guó)2011年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)報(bào)道，我國(guó)七大水系的398個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面中，I III類(lèi)水質(zhì)斷面比例僅占56. 3%，劣V類(lèi)水質(zhì)斷面比例占15. 3%。目前，有關(guān)降低汽車(chē)排放污染物的研究主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)、化石燃料改性及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放系統(tǒng)催化凈化等技術(shù)領(lǐng)域，以減少機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中有害物質(zhì)排放量，但仍有相當(dāng)一部分有害物質(zhì)(N0x、C0等)源源不斷的排放到大氣環(huán)境中，因此外部的凈化處理就顯得尤為重要。道路空氣凈化材料能有效降解汽車(chē)尾氣等污染物質(zhì)，以往研究主要集中在光催化材料對(duì)路面表層的涂覆、與路面材料共混等方式，這些方式雖在初期使路面具備一定光催化活性，但很難保持其長(zhǎng)效活性。目前處理水體污染除去污水處理廠集中處理外，主要有投放化學(xué)藥劑、活性炭吸附、生物膜、人工濕地、微生物法等方法，第一種措施容易造成二次污染，活性炭吸附只能吸附部分污染物且只吸附不降解，后三者成本較高，且對(duì)處理污染物的種類(lèi)也存在很大的限制。此發(fā)明涉及的功能集料在光照條件下可以持續(xù)、高效地降解大氣及水體污染物，同時(shí)由于其多孔的特性，它可以吸附固體懸浮顆粒物及各有機(jī)無(wú)機(jī)污染物，提高催化降解效率，因其多孔結(jié)構(gòu)，亦可以一定程度上達(dá)到吸聲降噪和阻斷熱橋的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料及其制備工藝。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料，其特征在于它由光催化材料、堿溶液和集料制備而成，光催化材料與堿溶液混合得到混合物，集料浸入混合物后煅燒得到環(huán)保型集料。它以集料(多孔材料)為基體，光催化材料為負(fù)載物，堿溶液為表面界面處理劑及分散介質(zhì)。上述一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于它包括如下步驟
(1)清潔集料將集料置于超聲清洗儀中超聲清洗，潔凈后取出，烘干，備用；
(2)制備表面界面處理劑配制堿溶液作為表面界面處理劑；
(3)均質(zhì)分散負(fù)載物稱(chēng)取光催化材料置入所配堿溶液中，使其濃度為f5g/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，得到混合物，備用；
(4)真空負(fù)壓取集料置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為一0. 090^-0. 098MPa)，然后注入混合物，混合物的量以浸沒(méi)集料為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡集料24h ；
(5)取出集料，干燥，再經(jīng)30(T600°C煅燒f3h，升溫速率為3 10°C /min,得到具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料(負(fù)載活性TiO2的具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料)。所述的集料為300、00級(jí)陶粒、多孔陶瓷中的任意一種或二種按任意配比的混合。所用陶粒為頁(yè)巖陶粒、黏土陶粒、粉煤灰陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶?；蚝拥啄嗵樟！Ｋ龅膲A溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水溶液(水溶液,分散介質(zhì)均為水)，氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液的濃度為氨水溶液的PH值為1(T13。所述的光催化材料選用活性Ti02、ZnO、WO3> BiVO4中的任意一種。所述的活性TiO2 為 Degussa P25>Hombikat UV100> Anatase>MiIlennium PC100、Ishihara ST-01中的任意一種。步驟(5)中的干燥為105 °C下干燥3 6h。步驟⑴中超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為10 50分鐘。步驟(3)中超聲功率為300W。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果
I.本發(fā)明提供的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料，環(huán)境友好，制造工藝簡(jiǎn)便。2.本發(fā)明提供的環(huán)保型集料可再生循環(huán)利用，且對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染。3.本發(fā)明采用的真空飽水負(fù)壓浸泡法可使光催化材料深入多孔集料孔洞中，增大了其催化表面積，且在集料開(kāi)裂或表層磨損后可持續(xù)降解氣液污染物；具有凈化氣液污染物功能，以便解決大氣中有害氣、固物質(zhì)多，內(nèi)陸水體污染嚴(yán)重的問(wèn)題。4.本發(fā)明由于對(duì)集料進(jìn)行了堿化處理，使其表面形成更多的缺陷，光催化材料與集料(基體)間結(jié)合的更加牢固。5.本發(fā)明采用的集料由于其多孔性質(zhì)，其在道路應(yīng)用過(guò)程中可降低噪聲，吸音效果明顯。6.本發(fā)明采用的集料由于其多孔性質(zhì)，其在應(yīng)用于室內(nèi)時(shí)還有一定的保溫、隔音效果。7.本發(fā)明采用的集料由于其多孔性質(zhì)，其在應(yīng)用過(guò)程中可增強(qiáng)對(duì)氣、固有害物的吸附性能，提高了光催化效率。8.本發(fā)明提供的環(huán)保型集料可批量生產(chǎn)，實(shí)用性強(qiáng)。9.本發(fā)明提供的環(huán)保型集料，可通過(guò)選用不同的級(jí)別使其懸浮在水體中，增強(qiáng)了其對(duì)水體的凈化能力。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例 I制備的功能集料某一孔洞SEM圖。圖I說(shuō)明集料表層孔隙內(nèi)部全都負(fù)載了一層光催化劑。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I制備的某一功能集料表面SEM圖。圖2說(shuō)明集料表層都被光催化劑所覆蓋。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例I : 選取300級(jí)的多孔頁(yè)巖陶粒(即集料)，置于超聲清洗儀中超聲清洗(超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為50分鐘)，潔凈后取出，于105°C烘干，得到清潔后的陶粒；稱(chēng)取氫氧化鈉，溶于水中，配制濃度為Kr1IiioVL的氫氧化鈉溶液；稱(chēng)取Degussa P25 (即光催化材料選用活性TiO2)置入上面所配氫氧化鈉溶液中，使Degussa P25濃度為lg/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，得到混合物A ;取清潔后的陶粒置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為一 0. 094MPa)，然后注入混合物A，混合物A的量以浸沒(méi)陶粒為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡陶粒24h ；取出陶粒，于105°C干燥6h，再經(jīng)600°C煅燒Ih (升溫速率為3°C /min),即得具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料(或稱(chēng)負(fù)載活性TiO2的具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型陶粒)。以125W高壓汞燈為光源，氣相色譜儀(GC 9650)、分光光度計(jì)為測(cè)試設(shè)備，分別測(cè)試集料對(duì)C6H6及亞甲基藍(lán)的降解效率。性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例2
選取500級(jí)的多孔粉煤灰陶粒(即集料)，置于超聲清洗儀中超聲清洗(超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為40分鐘)，潔凈后取出，于105°C烘干，得到清潔后的陶粒；配制PH值為10的氨水溶液；稱(chēng)取ZnO (即光催化材料)置入上面所配氨水溶液中，使ZnO濃度為2g/L,超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，此混合物命名為B ;取清潔后的陶粒置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為-0. 098MPa)，然后注入B，B的量以浸沒(méi)陶粒為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡陶粒24h ;取出陶粒，于105°C干燥3h，再經(jīng)300°C煅燒3h (升溫速率為5°C /min),即得具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料(或稱(chēng)具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型陶粒)。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例3
選取700級(jí)的多孔黏土陶粒(即集料)，置于超聲清洗儀中超聲清洗(超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為30分鐘)，潔凈后取出，于105°C烘干，得到清潔后的陶粒；稱(chēng)取氫氧化鉀，溶于水中，配制濃度為10_4mol/L的氫氧化鉀溶液；稱(chēng)取WO3 (即光催化材料)置入上面所配氫氧化鉀溶液中，使WO3濃度為5g/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，此混合物命名為C ;取清潔后的陶粒置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為-0. 096MPa)，然后注入C，C的量以浸沒(méi)陶粒為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡陶粒24h ;取出陶粒，于105°C干燥4h，再經(jīng)450°C煅燒2h (升溫速率為8°C /min)，即得具具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料(或稱(chēng)有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型陶粒)。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例I.評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。
實(shí)施例4
選取800級(jí)的垃圾陶粒(即集料)，置于超聲清洗儀中超聲清洗(超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為20分鐘)，潔凈后取出，于105°C烘干，得到清潔后的陶粒；稱(chēng)取氫氧化鉀，溶于水中，配制濃度為10_3mol/L的氫氧化鉀溶液；稱(chēng)取BiVO4 (即光催化材料)置入上面所配氫氧化鉀溶液中，使BiVO4濃度為4g/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，此混合物命名為D ;取清潔后的陶粒置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為-0. 090MPa)，然后注入D，D的量以浸沒(méi)陶粒為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡陶粒24h ;取出陶粒，于105°C干燥4h，再經(jīng)400°C煅燒2h (升溫速率為10°C /min)，即得具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料(或稱(chēng)具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型陶粒)。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例5
選取900級(jí)的多孔陶瓷(即集料)，置于超聲清洗儀中超聲清洗(超聲清洗儀的功率為300W，清洗時(shí)間為10分鐘)，潔凈后取出，于105°C烘干，得到清潔后的集料；配制PH值為13的氨水溶液；稱(chēng)取Hombikat UV100 (即光催化材料)置入上面所配氨水溶液中，使其濃度為3g/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，此混合物命名為E ;取清潔后的集料置于真空飽水機(jī)中，抽真空(真空度為-0. 096MPa)，然后注入E，E的量以浸沒(méi)集料為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡集料24h ;取出集料，于105°C干燥5h，再經(jīng)400°C煅燒2h (升溫速率為10°C /min),即得具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例6:
與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于300級(jí)的多孔頁(yè)巖陶粒(即集料)由900級(jí)的煤矸石陶粒代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例I
與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于300級(jí)的多孔頁(yè)巖陶粒(即集料)由300級(jí)的生物污泥陶粒代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例8
與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于300級(jí)的多孔頁(yè)巖陶粒(即集料)由900級(jí)的河底泥陶粒代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例9
與實(shí)施例5基本相同，不同之處在于Hombikat UV100 (即光催化材料)由Anatase代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。實(shí)施例10
與實(shí)施例5基本相同，不同之處在于Hombikat UV100 (即光催化材料)由MillenniumPC100代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。
實(shí)施例11
與實(shí)施例5基本相同，不同之處在于Hombikat UVlOO (即光催化材料)由IshiharaST-Ol代替。該集料的光催化性能評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表一。
權(quán)利要求
1.具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料，其特征在于它由光催化材料、堿溶液和集料制備而成，光催化材料與堿溶液混合得到混合物，集料浸入混合物后煅燒得到環(huán)保型集料。
2.如權(quán)利要求I所述一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于它包括如下步驟 (1)清潔集料將集料置于超聲清洗儀中超聲清洗，潔凈后取出，烘干，備用； (2)制備表面界面處理劑配制堿溶液作為表面界面處理劑； (3)均質(zhì)分散負(fù)載物稱(chēng)取光催化材料置入所配堿溶液中，使其濃度為f5g/L，超聲分散半小時(shí)，使其均勻分散，得到混合物，備用； (4)真空負(fù)壓取集料置于真空飽水機(jī)中，抽真空，然后注入混合物，混合物的量以浸 沒(méi)集料為準(zhǔn)，真空負(fù)壓浸泡集料24h ； (5)取出集料，干燥，再經(jīng)30(T600°C煅燒f3h，升溫速率為3 10°C /min,得到具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于所述的集料為300、00級(jí)陶粒、多孔陶瓷中的任意一種或二種按任意配比的混合
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于所用陶粒為頁(yè)巖陶粒、黏土陶粒、粉煤灰陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶?；蚝拥啄嗵樟?。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水溶液，氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液的濃度為10_4 lO—imol/L，氨水溶液的PH值為10 13。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于所述的光催化材料選用活性Ti02、ZnO、W03、BiVO4中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于所述的活性 TiO2 SDegussa P25>Hombikat UV100>Anatase>MiIlennium PC100、Ishihara ST-Ol中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料的制備工藝，其特征在于步驟(5)中的干燥為105°C下干燥T6h。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料及其制備工藝。具有凈化氣液污染物功能的環(huán)保型集料，其特征在于它由光催化材料、堿溶液和集料制備而成，光催化材料與堿溶液混合得到混合物，集料浸入混合物后煅燒得到環(huán)保型集料。本發(fā)明對(duì)眾多有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物有著持久、高效的降解作用，環(huán)保、無(wú)二次污染。
文檔編號(hào)B01J23/06GK102744109SQ20121024493
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者劉云鵬, 李偉倫, 楊露, 王發(fā)洲, 董躍, 黃大凡 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)