专利名称：一种多孔水泥基光催化材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型环保功能建筑材料技术领域，具体涉及一种多孔水泥基光催化材 料及其制备工艺。
背景技术：
多孔水泥基材料是近年发展起来的一种新型环保功能建筑材料，它具有轻质、隔 音、隔热保温等诸多功能。目前，多孔水泥基材料主要应用在屋内墙板、房屋保温、补偿地基 及屋面边坡等方面，多孔水泥基材料的优良特性将会使其应用更加广泛。多孔水泥基材料 一般具有丰富的孔隙，能吸附大量的有害气体，但其不具备对气体的净化功能，故其处理有 害气体的能力也是有限的。
光催化净化技术是近年来提出的一种处理大气有害气体及水体污染的新型技术 思路，其对污染物的无选择降解净化，无二次污染等的特点，使其具备广阔的发展应用空 间。当前，光催化净化技术大规模应用的瓶颈之一主要是负载载体的选取；现有的光催化材 料与水泥基材料复合技术，主要是制备孔隙率小的水泥基材料，一般是将光催化剂与水泥 原料进行共混制备，这样不仅造成了大量的光催化材料被水泥水化物质所包裹失去了光催 化活性,此外，由于水泥基体内部光催化材料不能接触到光源,也使材料整体光催化活性较 低。
中国专利CN 102557723 A公开了一种氮掺杂二氧化钛的泡沫混凝土及其制备方 法，该技术将改性光催化剂与普通硅酸盐水泥基材料、发泡剂等混合制备了一种多孔水泥 基光催化净化材料。光催化材料的改性对提高其可见光利用率和光催化活性有一定作用， 但由于是在制备多孔水泥基材料的过程中，将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产物所包裹，此外，由于普通硅酸盐水泥基材料透光 性质较差、水化产物密实等，造成了被包裹的光催化材料得不到合理利用，大量浪费了光催 化材料，提高了光催化材料的使用成本的同时也降低了材料的光催化效率。发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种多孔水 泥基光催化材料，具有净化大气及水体中有害污染物功能，环境友好，且对环境无二次污 染。
本发明的另一目的是提供一种多孔水泥基光催化材料的制备工艺。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为一种多孔水泥基光催化材料，它是由多孔水泥基载体首先在界面处理剂中进行预处 理，然后与光催化剂进行复合制备得到的。
一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(O多孔水泥基载体的预处理将多孔水泥基载体置于超声清洗仪中超声清洗及超声 开孔O. 5h 24h后取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将步骤(I)预处理后的多孔水泥基载体置于界 面处理剂中超声活化O. 5h以上后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将光催化剂置入无水乙醇与水的混合溶液(无水乙醇与水按任意 比例)中，使光催化剂的浓度在f 10g/L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取步骤(2)活化后的多孔水泥基载体置于耐压容器中，然后抽真 空，将步骤(3)所得光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没多孔水泥基载体为准， 保持负载(T24h ；(5)取出负载后的多孔水泥基载体，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，所述的多孔水泥基载体选取硅酸盐多孔水泥基材料、硫铝酸盐多孔 水泥基材料及氯氧镁多孔水泥基材料中的任意一种。
按上述方案，所述的多孔水泥基载体的平均孔径在2mm以下，容重在1200kg/m3以 下。
按上述方案，所述的界面处理剂为碱液、硅溶胶中的任意一种，其中碱液选取氢 氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水溶液任意一种，氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液的浓度为 10_4 KTmol/L，氨水溶液的PH值为10 13，硅溶胶固含量为5 40%。
按上述方案，所述的光催化剂选用活性TiO2粉体和活性TiO2溶胶中任意一种。
按上述方案，所述的活性TiO2粉体和溶胶为锐钛矿晶型或金红石/锐钛矿混合晶 型，其中活性TiO2溶胶的固含量为1% 20%。
所述的一种多孔水泥基光催化材料的制备工艺，它包括如下步骤(O多孔水泥基载体的预处理将多孔水泥基载体置于超声清洗仪中超声清洗及超声 开孔O. 5h 24h后取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将上述预处理后的多孔水泥基载体置于界面处 理剂中超声活化处理后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将光催化剂置入无水乙醇与水的任意比例分散溶剂中，使其浓度 在f 10g/L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取上述活化后的多孔水泥基载体置于耐压容器中，然后抽真空， 将光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没多孔水泥基载体为准，保持负载(T24h ；(5)取出负载后的多孔水泥基载体，置于65°C 180°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光 催化材料。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是(I)本发明制备的多孔水泥基光催化材料具有净化大气及水体中有害污染物功能，环 境友好，且对环境无二次污染。
(2)本发明采用超声开孔的方式，提高多孔水泥基载体的通孔率，具备提高对有害 气体吸附量及对光催化材料负载量的优点，能提高材料的光催化效率。
(3)本发明采用界面处理的方式活化多孔水泥基载体的表面性质，有利于提高光 催化材料的负载量及界面结合力，进而提高其光催化效率及长期活性。
(4)本发明采用负压负载的方式制备的多孔水泥基光催化材料中的光催化剂负载 更为均匀且负载深度更大，有利于提高材料的整体性能。
(5)本发明以多孔水泥基材料作为负载基材，相比于普通水泥基材料，其均匀而丰 富的孔隙结构能与光催化剂协同提高对有害气体的处理能力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例， 而是符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
耐压容器是指能承受一定负压的密闭容器，下述实施例中使用的为真空负压保水 机(钢制)，但本权利要求书中所述耐压容器不仅仅局限于使用真空负压保水机。
实施例1:一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(1)多孔水泥基载体的预处理将容重为400kg/m3，平均孔径在2mm以下的硅酸盐多孔 水泥基材料(市售，硅酸盐多孔保温砖材)置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔O. 5h后取 出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将步骤(I)预处理后的硅酸盐多孔水泥基材料 置于10_4mol/L的氢氧化钠溶液中超声活化Ih后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将纳米二氧化钛粉体(市售，DegussaP25，金红石/锐钛矿混合 晶型)光催化剂置入体积分数为50%无水乙醇的水溶液中，使纳米二氧化钛粉体浓度在Ig/ L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取经步骤(2)活化后的硅酸盐多孔水泥基材料置于耐压容器中， 然后抽真空，将步骤(3)所得光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没硅酸盐多孔水 泥基材料为准，保持负载Ih ；(5)取出经步骤(4)负载后的硅酸盐多孔水泥基材料，置于65°C烘箱中烘干，得到硅酸 盐多孔水泥基光催化材料。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)硅酸盐多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为367ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达25%以上。
实施例2 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(1)多孔水泥基载体的预处理将容重为400kg/m3，平均孔径在Imm以下的硫铝酸盐多 孔水泥基材料(市售，硫铝酸盐多孔保温板)置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔12h后 取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将经步骤(I)预处理的硫铝酸盐多孔水泥基材 料置于IO-1HioVL的氢氧化钾溶液中超声活化Ih后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将纳米二氧化钛粉体(市售，DegussaP25，金红石/锐钛矿混 合晶型)光催化剂置入体积分数为80%无水乙醇的水溶液中，使纳米二氧化钛粉体浓度在 10g/L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取经步骤(2)活化后的 硫铝酸盐多孔水泥基载体置于耐压容器中，然后抽真空，将步骤(3 )所得光催化剂分散液注 入真空后的耐压容器，以浸没硫铝酸盐多孔水泥基载体为准，保持负载12h ；(5)取出经步骤(4)负载后的硫铝酸盐多孔水泥基载体，置于85°C烘箱中烘干，得到硫铝酸盐多孔水泥基光催化材料。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX 40mm (长X宽)硫铝酸盐多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为349ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达50%以上。
实施例3 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(1)多孔水泥基载体的预处理将容重为200kg/m3，平均孔径在O.2mm以下的氯氧镁多 孔水泥基材料(市售，氯氧镁水泥多孔保温板材)置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔Ih 后取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将经步骤(I)预处理的氯氧镁多孔水泥基材料 置于固含量40%的娃溶胶中超声活化Ih后取出，烘干,备用；(3)光催化剂的分散将纳米二氧化钛粉体(市售，DegussaP25，金红石/锐钛矿混合 晶型)光催化剂置入体积分数为95%无水乙醇水溶液中，使纳米二氧化钛粉体浓度在IOg/ L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取经步骤(2)活化后的氯氧镁多孔水泥基材料置于耐压容器中， 然后抽真空，将步骤(3)所得光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没氯氧镁多孔水 泥基材料为准，保持负载12h ；(5)取出经步骤(4)负载后的氯氧镁多孔水泥基材料，置于105°C烘箱中烘干，得到氯 氧镁多孔水泥基光催化材料。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)氯氧镁多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为383ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达80%以上。
实施例4 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(1)多孔水泥基载体的预处理将容重为800kg/m3，平均孔径在O.5mm以下的硅酸盐多 孔水泥基材料(市售，硅酸盐多孔保温板材)置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔24h后 取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将经步骤(I)预处理的硅酸盐多孔水泥基材料 置于KTmol/L的氢氧化钾溶液中超声活化3h后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将固含量为20%的TiO2溶胶光催化剂(市售，锐钛矿晶型)置入 体积分数为95%无水乙醇水溶液中，使二氧化钛溶胶的浓度在10g/L，超声分散半小时,使 其均匀分散，备用；(4)光催化剂的负载取经步骤(2)活化后的硅酸盐多孔水泥基材料置于耐压容器中， 然后抽真空，将步骤(3)所得光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没硅酸盐多孔水 泥基材料为准，保持负载24h ；(5)取出经步骤(4)负载后的硅酸盐多孔水泥基材料，置于65°C烘箱中烘干，得到硅酸 盐多孔水泥基光催化材料。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)硅酸盐多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为354ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达35%以上。
实施例5 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的与实施例4基本相同，不同之处在于dO-1ol/L的氢氧化钾溶液由PH为12的氨水溶 液代替。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)硅酸盐多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为331ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达35%以上。
实施例6 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的(1)多孔水泥基载体的预处理将容重为200kg/m3，平均孔径在O.5mm以下的氯氧镁多 孔水泥基材料(市售，氯氧镁水泥多孔保温板材)置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔2h 后取出，烘干，备用；(2)多孔水泥基载体的界面活化处理将经步骤(I)预处理的氯氧镁多孔水泥基材料 置于固含量5%的硅溶胶中超声活化3h后取出，烘干，备用；(3)光催化剂的分散将固含量为1%的TiO2溶胶光催化剂(市售，锐钛矿晶型)置入体 积分数为95%无水乙醇水溶液中，使TiO2溶胶浓度在lg/L，超声分散半小时，使其均匀分 散，备用；(4)光催化剂的负载取经步骤(2)活化后的氯氧镁多孔水泥基材料置于耐压容器中， 然后抽真空，将步骤(3)所得光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没氯氧镁多孔水 泥基材料为准，保持负载2h ；(5)取出经步骤(4)负载后的氯氧镁多孔水泥基载体，置于105°C烘箱中烘干，得到氯 氧镁多孔水泥基光催化材料。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)氯氧镁多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为401ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达60%以上。
实施例7 一种多孔水泥基光催化材料，它是按照如下步骤制备得到的与实施例4基本相同，不同之处在于容重为800kg/m3,平均孔径在O. 5mm以下的娃酸 盐多孔水泥基材料由容重为1200kg/m3,平均孔径在O. 5mm以下的娃酸盐多孔水泥基材料代替。
以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设 备，测试40mmX40mm (长X宽)硅酸盐多孔水泥基光催化材料在容积为7. 2L密闭容器中 对浓度为373ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达15%以上。
权利要求
1.一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于它是由多孔水泥基载体、界面处理剂和光催化剂制备而得到的。
2.根据权利要求1所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于它是按照如下步骤制备得到的 (O多孔水泥基载体的预处理将多孔水泥基载体置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔O. 5h 24h后取出，烘干，备用； (2)多孔水泥基载体的界面活化处理将上述预处理后的多孔水泥基载体置于界面处理剂中超声活化处理后取出，烘干，备用； (3)光催化剂的分散将光催化剂置入无水乙醇与水的任意比例分散溶剂中，使其浓度在f 10g/L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用； (4)光催化剂的负载取上述活化后的多孔水泥基载体置于耐压容器中，然后抽真空，将光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没多孔水泥基载体为准，保持负载(T24h ； (5)取出负载后的多孔水泥基载体，置于65°C 180°C烘箱中烘干，得到多孔水泥基光催化材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的多孔水泥基载体选取硅酸盐多孔水泥基材料、硫铝酸盐多孔水泥基材料及氯氧镁多孔水泥基材料中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的多孔水泥基载体的平均孔径在2_以下，容重小于1200kg/m3。
5.根据权利要求1或2所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的界面处理剂为碱液、硅溶胶中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水溶液任意一种，其中氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液的浓度为10_4 lO'ol/L，氨水溶液的PH值为10 13。
7.根据权利要求5所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的硅溶胶固含量为5 40%。
8.根据权利要求2所述的一种多孔水泥基光催化材料，其特征在于所述的光催化剂选用活性TiO2粉体和活性TiO2溶胶中任意一种，其中活性TiO2粉体和溶胶选取锐钛矿晶型或者金红石/锐钛矿混合晶型，活性TiO2溶胶的固含量为1% 20%。
9.如权利要求1所述的一种多孔水泥基光催化材料的制备工艺，其特征在于它包括如下步骤 (O多孔水泥基载体的预处理将多孔水泥基载体置于超声清洗仪中超声清洗及超声开孔O. 5h 24h后取出，烘干，备用； (2)多孔水泥基载体的界面活化处理将上述预处理后的多孔水泥基载体置于界面处理剂中超声活化处理后取出，烘干，备用； (3)光催化剂的分散将光催化剂置入无水乙醇与水的任意比例分散溶剂中，使其浓度在f 10g/L，超声分散半小时，使其均匀分散，备用； (4)光催化剂的负载取上述活化后的多孔水泥基载体置于耐压容器中，然后抽真空，将光催化剂分散液注入真空后的耐压容器，以浸没多孔水泥基载体为准，保持负载(T24h ；(5)取出负载 后的多孔水泥基载体，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
本发明公开了一种多孔水泥基光催化材料及其制备工艺。本发明的多孔水泥基光催化材料是由多孔水泥基载体、界面处理剂和光催化剂制备而得。制备方法是多孔水泥基载体的预处理→多孔水泥基载体的界面活化处理→光催化剂的分散→光催化剂的负载→材料后处理。本发明的优点是采用超声开孔的方式，提高多孔水泥基材料的通孔率，结合界面处理及负压负载的方式活化多孔水泥基材料的表面性质和提高负载量与均匀性，进而提高其光催化效率及长期活性，此外结合多孔水泥基材料与光催化材料的协调作用，提高对有害气体的处理能力。
文档编号C04B28/04GK102989522SQ20121054685
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者王发洲, 杨露, 胡曙光, 丁庆军, 关凌岳, 董跃 申请人:武汉理工大学