高强度光催化水泥基复合浆料及其产品的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度光催化水泥基复合浆料，包括光催化剂复合体、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加剂、纤维、减水剂和水；所述光催化剂复合体由改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2、活性炭和导电填料组成。将原料物质制成浆料，再将料浆经过浇筑、高温高湿养护成型等工艺制得面砖和外墙挂板。产品的检测结果表明：抗弯极限强度为25～30MPa，抗压极限强度为150～200MPa，抗冲击强度为15～20kJ/m2，光催化剂的吸收带红移至600nm的可见光区，对1mg/L的罗丹明水溶液经光照6h后的降解率达到85～90%，表明产品具有很高的力学强度和能够利用可见光进行光催化分解污染物的能力。
【专利说明】高强度光催化水泥基复合浆料及其产品的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光催化水泥基复合浆料领域，尤其是一种高强度、可见光引发光催化水泥基复合浆料及其产品的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前建筑领域使用较多的是中等强度普通水泥基材料，实现水泥基材料的高强化具有重要的经济效益和社会效益。另外，随着环境污染日益加剧，环境保护也是建材行业面临的重要课题，通过将水泥基材料改进为具有光催化功能、开发出在可见光下能分解环境中的污染物并具有自洁作用的水泥基材已引起人们的广泛兴趣。
[0003]有关高强度水泥基材料的报道和专利已有不少，包括添加功能性材料，改进水泥基材料制作成型工艺等。CN100532314C公开了一种高强度低吸水率水泥基板材浆料及其制备方法，该技术利用浆料自密实活性粉末混凝土的技术直接浇铸成厚度为几毫米到十几毫米的板材，由水泥、硅灰、石英粉、砂、减水剂、防开裂剂和水按一定配比组合而成。制作的产品密实，吸水率小于2 %，大大低于目前市场上的各种纤维增强水泥板材(约20 % )，抗折强度可以通过增强纤维的含量进行调节。《武汉理工大学学报》2001年第11期23卷报道了RPC高性能水泥基复合材料的研究，通过试验阐述了 RPC-活性粉末混凝土配制过程中对浆体流动度和硬化体强度的机理，在此基础上得到了 RPC配合比，并对其性能进行了测试，得出RPC水泥基材料能显著提高混凝土强度。
[0004]有关光催化水泥基材料也有不少报道，其依据是通过掺杂过渡金属、稀土元素和非金属元素等方法对TiO2进行改性，以提高它的光催化活性和利用可见光(波长大于400nm))作为光源，降低处理成本。JP2003286063公开了一种在水泥基材料中加入纳米TiO2应用的技术，该技术是将光催化二氧化钛微粒负载在沸石或二氧化硅多孔材料上，与其它水硬性材料等材料配制。由于氮氧化物氧化后生成硝酸，该方法多用于多雨地区，且对光照的要求比较严格。《功能材料》2013年第5期44卷报道了掺杂N、La改性TiO2的研究，讨论了 N、La共掺杂对TiO2晶体结构、电子结构和光学性质的影响，实验结果表明，掺杂了 N、La的TiO2晶格发生了畸变，提高了体系中八面体偶极矩，N、La共掺杂在可见光区产生了明显的光吸收，提高了 TiO2的光催化性能。CN200910154677.x公开了一种水泥基材料用纳米光催化外加剂的制备方法，该技术制备工艺简单，制作的水泥基材料用纳米光催化外加剂是一种优良的半导体光催化材料，具有一定的光催化活性，而且无毒、化学性质稳定、价廉，广泛应用于废气和废水处理。但由于TiO2半导体只能吸收波长小于387nm的紫外光才能发挥催化作用 而不能吸收可见光(波长大于400nm)，致使该技术的实际应用受到很大限制。
[0005]但既具有高强度、又具有可见光引发的光催化水泥基复合材料及其产品未见报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种高强度光催化水泥基复合浆料，由其制备的产品不仅具有高强度力学性能、并在可见光下具有光催化活性而使水和大气中的有机污染物分解，起到提高建筑物质量和保护环境的作用。
[0007]为实现此目的，本发明涉及的内容如下:
一种高强度光催化水泥基复合浆料，包括光催化剂复合体、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加剂、纤维、减水剂和水；
所述光催化剂复合体由改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2、活性炭和导电填料组成，改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2与活性炭和导电填料的质量比为(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)；
所述改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2是由稀土元素与N共掺杂TiO2经Fe离子轰击注入改性得到；
所述稀土元素与N共掺杂TiO2中稀土元素与N和TiO2的质量比为(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
[0008]所述改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2是由稀土元素与N共掺杂TiO2于加速电压50kv、轰击剂量I X IO1Vcm2的离子注入机中轰击15~30min得到。
[0009]所述稀土元素与N共掺杂TiO2的制备方法如下:
①将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，搅拌得到A液，其中钛酸四丁酯:无水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上为质量比；
②将尿素、盐酸胍或者硝酸铵中的一种与RE(NO3)3.6H20—起溶于无水乙醇和去离子水中得到B液，式中RE选自Nd、Gd、Sm中一种；其中尿素、盐酸胍或者硝酸铵与RE(N03)3*6H20和无水乙醇以及去离子水的质量比为(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)；
③将A液滴加至B液中，搅拌得到稀土元素与N共掺杂TiO2溶胶；
I将溶胶静置，待其形成凝胶后以3°c /min的升温速度升温至300~700°C，然后保温I~5h,研磨得到稀土元素与N共掺杂TiO2。
[0010]所述光催化剂复合体、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加剂、纤维、减水剂和水的质量百分比如下:
【权利要求】
1.一种高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于包括光催化剂复合体、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加剂、纤维、减水剂和水； 所述光催化剂复合体由改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2、活性炭和导电填料组成，改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2与活性炭和导电填料的质量比为(29.5~79.5): (20~70): (0.1 ~0.5)； 所述改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2是由稀土元素与N共掺杂TiO2经Fe离子轰击注入改性得到； 所述稀土元素与N共掺杂TiO2中稀土元素与N和TiO2的质量比为(0.2~2.5): (0.2 ~2.5): ( 25 ~75)。
2.根据权利要求1所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述改性后的稀土元素与N共掺杂TiO2是由稀土元素与N共掺杂TiO2于加速电压50kv、轰击剂量I X IO16/cm2的离子注入机中轰击15~30min得到。
3.根据权利要求1或2所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述稀土元素与N共掺杂TiO2的制备方法如下: ①将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，搅拌得到A液，其中钛酸四丁酯:无水乙醇:冰乙酸=(10.6~24.5): (50.0~64.1): (0.7~8.2)，以上为质量比； ②将尿素、盐酸胍或者硝酸铵中的一种与RE(NO3)3.6H20—起溶于无水乙醇和去离子水中得到B液，式中RE选自Nd、Gd、Sm中一种；其中尿素、盐酸胍或者硝酸铵与RE(N03)3*6H20和无水乙醇以及去离子水的质量比为(0.2~0.9): (0.02~0.7): (13.2 ~27.6): (0.6 ~4.8)； ③将A液滴加至B液中，搅拌得到稀土元素与N共掺杂TiO2溶胶； X将溶胶静置，待其形成凝胶后以3°c /min的升温速度升温至300~700°C，然后保温I~5h,研磨得到稀土元素与N共掺杂TiO2。
4.根据权利要求1所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述光催化剂复合体、水泥、骨料、活性混合料、聚合物添加剂、纤维、减水剂和水的质量百分比如下: 光催化剂复合体I~5%水泥25~50% 骨料0.1~10% 活性混合料10~40% 聚合物添加剂0.1-8% 纤维0.5~5% 减水剂0.1~10%水15~25%。
5.根据权利要求1所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述活性炭选自木质活性炭、果壳活性炭、矿物原料活性炭中的一种或两种以上任意混合，活性炭的颗粒细度为100~150目。
6.根据权利要求1所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述导电填料选自聚苯胺、超细石墨、超细镍粉中的一种或两种以上任意混合，导电填料的颗粒细度为.2000 ~3000 目。
7.根据权利要求4所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述聚合物添加剂选自取代度为0.70-0.85的交联羧甲基纤维素、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一种或两种以上任意混合；丙烯酸乳液、苯丙乳液的乳液固含量均为30%~50%。
8.根据权利要求4所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述活性混合料选自硅灰、超细硅粉、偏高岭土中的一种或两种以上任意混合；活性混合料颗粒细度为.1000-2000 目。
9.根据权利要求4所述的高强度光催化水泥基复合浆料，其特征在于所述纤维的直径为3~5μηι、长5~10_ ;所述纤维选自钢纤维、碳纤维、耐碱玻璃纤维中的一种或两种以上任意混合。
10.采用上述任一权利要求所述的高强度光催化水泥基复合浆料制备产品的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)浆料制备； (2)浇筑成型； (3)养护:在温度为70~90°C、湿度RH为85~95%的条件下养护24h，然后在自然条件下洒水养护3-5天即得到复合水泥基产品。
【文档编号】C04B28/00GK103833285SQ201410079241
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】孔德双, 刘志斌, 谷昌军, 孔令仁, 许升 申请人:江苏高淳陶瓷实业有限公司