一种耐久性混凝土光催化浆料及可去除NOx的混凝土的制作方法

本发明涉及建筑材料领域，且特别涉及一种耐久性混凝土光催化浆料及可去除nox的混凝土。

背景技术：

目前，世界上解决尾气污染的措施主要集中在强制行政措施控制和机动车排气系统的改进等方面，但这些方法在经济性或实用性方面均存在一些难以解决的问题。我国相继出台了相关的汽车尾气排放标准，但是，目前随着交通工具数量的急剧上升，所产生的大量汽车尾气污染，正在使城市空气质量进一步恶化。措施主要有改善燃油质量、改造汽车尾气排放管结构、汽车尾气去除路面等。国内去除汽车尾气的燃油质量改善和改造汽车尾气排放管结构只能减少尾气有害气体含量，不能完全实现汽车尾气的去除。混凝土路面砖遍布城市的各个角落，在混凝土路面砖生产时添加可吸附、去除汽车尾气的活性纳米tio2能有效吸附并去除汽车尾气，提高空气质量、保护环境。但存在光催化混凝土目前存在的耐磨损性能较差，耐久性不足，且涂层法进行光催化剂和混凝土的结合所用到的界面剂对涂层的强度，耐久性，光催化效果都有着很大的影响，目前的解决方案并不能长久解决这些问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐久性混凝土光催化浆料，其能够有效去除汽车尾气，耐久性佳，与混凝土的粘合性佳。

本发明的另一目的在于提供一种可去除nox的混凝土，其耐久性佳，长效保持光催化活性，有效提高光催化效率。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种耐久性混凝土光催化浆料，其有效成分包括光催化剂和粘结剂，光催化剂为纳米tio2，粘结剂为硅丙乳液、硅烷偶联剂或水玻璃中的至少一种。

本发明提出一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和上述浆料。

本发明实施例提供的耐久性混凝土光催化浆料及可去除nox的混凝土的有益效果是：通过粘结剂使光催化剂与混凝土的牢靠结合，同时通过粘结剂与光催化剂的合理配比，以及粘结剂的优化选择，有效提高耐久性以及光催化效果。该耐久性混凝土光催化浆料稳定，与混凝土的粘合性佳，该可去除nox的混凝土打磨前后no去除率变化较小，光催化效果稳定，耐久性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1(a)是试验例提供的硅烷偶联剂与tio2光催化剂混合后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图；

图1(b)是试验例提供的水玻璃与tio2光催化剂混合后喷涂混凝土后的样品表面形貌图；

图1(c)试验例提供的将tio2光催化剂使用sds进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图；

图1(d)试验例提供的将tio2光催化剂使用ctab进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图；

图2为试验例提供的四种样品的no去除的浓度变化折线图；

图3为试验例提供的四种样品的打磨前后的no转化率比较图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的耐久性混凝土光催化浆料及可去除nox的混凝土进行具体说明。

多相光催化是一种实现氮氧化物减排的很有前途的方法。在紫外线的存在下，存在于材料表面的光催化剂被激活，使空气中污染物被光催化氧化。光催化剂应用于建筑材料不光能够降低大气中的氮氧化物等污染物，还能使混凝土提高自洁性能。但光催化剂光催化混凝土易磨损，因此光催化活性持续时间较短，耐久性不佳。

优选地，本发明提供耐久性混凝土光催化浆料，其有效成分包括光催化剂和粘结剂，使光催化剂与混凝土的牢靠结合。

其中本发明中，光催化剂为纳米tio2，具体为三维结构的纳米tio2，光催化性能佳，可去除nox，nox包括no和no2等，需要说明的是，本发明较佳的实施例中，以no为代表进行叙述。具体地，本发明中通过溶胶凝胶法制备纳米tio2。

更优选地，本发明较佳的实施例中，光催化剂在浆料中的浓度为9-16g/l，例如光催化剂在浆料中的浓度为9g/l、13g/l、14g/l或16g/l等，更优选地，光催化剂在浆料中的浓度为10g/l，光处理效果佳，且不浪费光催化剂。

粘结剂是指同质或异质物体表面用粘结连接在一起的技术，具有应力分布连续，重量轻等特点，适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。但是，不同的粘结剂对耐久性混凝土光催化浆料喷涂至的强度，耐久性，光催化效果都有着很大的影响。因此，优选地，粘结剂为硅丙乳液、硅烷偶联剂和水玻璃中的至少一种。例如粘结剂可以为硅丙乳液，还可以为硅烷偶联剂和水玻璃的混合物等，有效提高耐久性。

其中，硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。水玻璃为硅酸钠的水溶液。

优选地，粘结剂为硅烷偶联剂kh-550或模数为1的水玻璃。两者性质稳定，粘结性佳。其中硅烷偶联剂kh-550，粘结性更佳，其为氨基偶联剂，广泛运用于促进无机和有机高分子材料的粘结。

由于粘结剂的添加量对耐久性混凝土光催化浆料的强度，耐久性，光催化效果也都有着很大的影响，因此优选粘结剂为硅烷偶联剂kh-550或模数为1的水玻璃时，粘结剂在浆料中体积分数为0.5-5％。更优选地，粘结剂在浆料中体积分数为2-5％，粘接效果更佳，例如粘结剂在耐久性混凝土光催化浆料中体积分数为2％、4％、4.5％或5％等。

由于光催化剂和粘结剂的分散性不佳，虽然有效提高了混凝土光催化浆料的耐久性，但由于分散不均，导致光催化效率不佳。

因此，优选地，耐久性混凝土光催化浆料还包括质量分数为有机分散剂，有机分散剂与光催化剂的质量比为3-5：10-20，有效提高光催化反应效率。

有机分散剂的种类很多，本实施例中优选机分散剂包括十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠，光催化剂在其中分散效果佳。

其中，十六烷基三甲基溴化铵(sds)，又名西曲溴铵、溴棕三甲基铵，是一种阳离子表面活性剂，为白色微晶粉末，溶于10份水，易溶于乙醇，微溶于丙酮，几乎不溶于乙醚和苯。十二烷基硫酸钠，白色或淡黄色粉状，溶于水，对碱和硬水不敏感。具有去污、乳化和优异的发泡力，是一种无毒的阴离子表面活性剂。需注意，二者不可混用。

本发明提供的可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和上述耐久性混凝土光催化浆料，由于混凝土基质具有空隙，因此优选浆料按0.35-0.5g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。将耐久性混凝土光催化浆料均匀负载于混凝土基质的表面，降低制作成本。

混凝土基质从新浇筑后在养护7天时进行喷涂光催化浆料的效果更佳，但考虑到现实生活中的很多混凝土道路都已建筑完成，新增的道路有限，并且已有的道路众多，若均在养护期间进行喷涂加工，是不可能将路面从新浇筑后在养护7天时进行喷涂光催化浆料。因此，优选混凝土成型固化完全后进行的喷涂。优选地，混凝土基质包括重量比依次为450-500：185-210：500-600：1100-1300的水泥、水、砂和碎石，其强度高。

为了进一步提高可去除nox的混凝土的耐磨性、以及提高光催化效率，混凝土基质还可以视实际需求添加玻璃颗粒，优选地，玻璃颗粒与水泥的重量比为7-15：450-500。玻璃颗粒的粒径小于2mm。玻璃颗粒一方面反射光线，另一方面普通玻璃的成分主要成分为二氧化硅sio2，有效提高耐磨性。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和耐久性混凝土光催化浆料，耐久性混凝土光催化浆料按0.44g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。

其中，耐久性混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂和粘结剂，光催化剂为在浆料中的浓度为10g/l的纳米tio2，粘结剂为在浆料中体积分数为1％的模数为1的水玻璃。混凝土基质包括重量比依次为476：200：550：1224的水泥、水、砂和碎石。

实施例2

一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和耐久性混凝土光催化浆料，耐久性混凝土光催化浆料按0.5g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。

其中，耐久性混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂和粘结剂，光催化剂为在浆料中的浓度为13g/l的纳米tio2，粘结剂为在浆料中体积分数为5％的硅烷偶联剂。混凝土基质包括重量比依次为450：180：500：1300的水泥、水、砂、碎石。

实施例3

一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和耐久性混凝土光催化浆料，耐久性混凝土光催化浆料按0.5g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。

其中，耐久性混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、粘结剂和分散剂，光催化剂为在浆料中的浓度为15g/l的纳米tio2，粘结剂为在浆料中体积分数为3％的模数为1的水玻璃，有机分散剂为十六烷基三甲基溴化铵，有机分散剂与光催化剂的质量比为4：18。混凝土基质包括重量比依次为500：240：600：1300的水泥、水、砂和碎石。

实施例4

一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和耐久性混凝土光催化浆料，耐久性混凝土光催化浆料按0.4g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。

其中，耐久性混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、粘结剂和分散剂，光催化剂为在浆料中的浓度为11g/l的纳米tio2，粘结剂为在浆料中体积分数为0.5％的硅烷偶联剂，有机分散剂为十二烷基硫酸钠，有机分散剂与光催化剂的质量比为5：20。混凝土基质包括重量比依次为480：220：570：1200：13的水泥、水、砂、碎石和玻璃颗粒。

实施例5

一种可去除nox的混凝土，其包括混凝土基质和耐久性混凝土光催化浆料，耐久性混凝土光催化浆料按0.35g/m²的添加量喷涂于混凝土基质的表面。

其中，耐久性混凝土光催化浆料的有效成分包括光催化剂、粘结剂、分散剂和乳化剂，光催化剂为在浆料中的浓度为14g/l的纳米tio2，粘结剂为在浆料中体积分数为1％的水玻璃，有机分散剂为十六烷基三甲基溴化铵，有机分散剂与光催化剂的质量比为3：10。混凝土基质包括重量比依次为480：220：550：1230的水泥、水、砂和碎石。

试验例

1、制备硅烷偶联剂与光催化剂混合喷涂混凝土基质后的样品，模数为1的水玻璃与tio2光催化剂混合喷涂混凝土基质后的样品，tio2光催化剂使用sds进行分散后喷涂混凝土后的样品，以及tio2光催化剂使用ctab进行分散后喷涂混凝土后的样品，使用背散射扫描电子显微镜对上述四种样品的表面进行了表面形貌分析，结果如图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(d)所示。

图1(a)是硅烷偶联剂与tio2光催化剂混合后喷涂混凝土基质后的样品表面形貌图，从图1(a)可以看出硅烷偶联剂分散的光催化剂在混凝土表面分布不均匀，存在大片的空白区域，主要是因为硅烷偶联剂的分散性较差。

图1(b)是硅酸钠的水溶液，模数为1的水玻璃与tio2光催化剂混合后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图1(b)可以看出水玻璃tio2混凝土表面有一层较为致密的膜。

图1(c)将tio2光催化剂使用sds进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图1(c)可以看出sds分散的光催化浆料微观分布较为均匀，表面有一层明显的浅白色覆盖薄层。

图1(d)将tio2光催化剂使用ctab进行分散后喷涂混凝土后的样品表面形貌图，从图1(d)可以看出ctab分散效果相比于sds更好，且喷涂后的实际效果也是远远比sds分散效果好。

2.实时监测上述四种样品的no去除的浓度变化，并根据对no去除的浓度变化做折线图，如图2所示。

从图2可以看出在未进行光照时，由于混凝土试块的孔隙及光催化剂的吸附，no浓度在70分钟后才达到了吸附脱附平衡状态。进行紫外线光照后，作为分散剂的sds和ctab所制备而成的光催化混凝土的no去除效率较高，而作为粘结剂的两种光催化混凝土的no去除率相对较低。

3.将上述四种样品通过金相预磨机进行打磨，比较打磨前后的no转化率，结果如图3所示。

从图3可得，硅烷偶联剂和水玻璃对催化剂和混凝土的结合具有优异的粘结作用，打磨前后的两种样品对于no转化率变化较小，打磨前后no去除率依次分别为42.3％、42.8％和36.1％、38.8％，光催化性能以及耐久性均较高。因此，可去除nox的混凝土对于目前城市汽车尾气的严重环境污染有十分明显的效果。

综上所述，本发明实施例的耐久性混凝土光催化浆料及可去除nox的混凝土，该耐久性混凝土光催化浆料稳定，混凝土的粘合性佳。该可去除nox的混凝土耐久性佳，可长效保持光催化活性，有效提高光催化效率。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。