一種光催化泡沫混凝土及其制備方法
1.本發明屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種光催化泡沫混凝土及其制備方法。
背景技術：
2.隨著社會經濟的發展，汽車尾氣和其他工業氣體排放越來越多，所造成的環境問題也越來越嚴重，空氣中的氮氧化物、碳氫化合物等污染物的含量越來越高，并且出現的范圍越來越大，給污染的治理和防范都帶來了很大難度。光催化技術被認為是能有效改善空氣污染的方法之一，納米tio2具有低毒性、強光吸收和強氧化還原等特點，這些特性使其在光催化領域具有廣闊的應用前景。研究表明，將納米tio2加入混凝土中賦予混凝土光催化性能，在紫外線光的照射下，通過一系列反應除去空氣污染物，是城市空氣治理的一種新的途徑。
3.摻入式是混凝土負載tio2的主要方式，摻入式是將tio2直接加入混凝土，但這種方式制備的混凝土的光催化效率都較低。這是因為，光催化效率受水泥與光催化劑對光照的吸收和能夠與光照接觸有效質點的數量兩個方面的影響，其中最關鍵的是與光照接觸的有效質點的數量。當紫外線照射在混凝土上，一方面，部分紫外線被光催化劑吸收，激發光催化反應順利發生，部分紫外線被水泥吸收后轉化為熱能而逐漸散失，后者會使光催化效率降低；另一方面，由于水泥基材料結構比較致密，光照易激發材料表面的光催化劑，但卻難以到達材料內部，材料內部能夠接觸光照的有效質點的數量減少，很大程度限制了光催化效率。
4.因此，如何提高光催化混凝土的光催化效率，是目前急需解決的實際問題。
技術實現要素：
5.本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的不足，提供一種光催化泡沫混凝土及其制備方法，所述光催化泡沫混凝土具有穩定的多孔結構，納米tio2充分附著于混凝土孔壁上，在紫外線下的暴露量和與污染物的接觸量明顯增多，提高了納米tio2的利用率，具有優異的光催化性能。
6.為解決本發明所提出的技術問題，本發明提供一種光催化泡沫混凝土，由以下質量百分含量的原料組成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸減水劑0.2-0.6％、水24.6-27.5％。
7.上述方案中，所述光催化泡沫由以下質量百分含量的原料組成：納米tio23.8-16.5％、分散穩定劑0.1-0.4％、發泡劑0.3-0.6％、水82.5-95.3％。
8.進一步地，所述納米tio2為銳鈦礦和金紅石混晶型，其中，銳鈦礦和金紅石的質量比為(3-5):1。
9.進一步地，所述納米tio2的平均粒徑為10-50nm。
10.進一步地，所述分散穩定劑為羥丙基甲基纖維素醚、黃原膠、溫輪膠、羧甲基纖維素鈉中的一種。
11.進一步地，所述發泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、α-烯烴磺酸鈉中的一種。
12.上述方案中，所述光催化泡沫的密度為65-90kg/m3，平均直徑為57-183μm。
13.本發明還提供一種光催化泡沫混凝土的制備方法，包括以下步驟：
14.1)將納米tio2與水混合并分散均勻，再加入分散穩定劑進行混合，最后加入發泡劑充分混合，將所得溶液高速攪拌，得到光催化泡沫；
15.2)將聚羧酸減水劑與水混合均勻，再加入白水泥進行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，裝入模具，硬化后脫模、養護，得到光催化泡沫混凝土。
16.上述方案中，所述高速攪拌的速率為2200-2600r/min，攪拌時間為90-120s。
17.上述方案中，所述養護的溫度為20
±
1℃，濕度＞90％，時間為7-28d。
18.上述方案中，所述光催化泡沫混凝土的濕密度為700-820kg/m3，平均孔徑為76-256μm。
19.與現有技術相比，本發明的有益效果為：
20.1)本發明以納米tio2為光催化劑，先將納米tio2負載于泡沫上形成穩定的光催化泡沫，再將光催化泡沫用于制備光催化泡沫混凝土，混凝土硬化后光催化泡沫破裂消失，負載于泡沫上的納米tio2即充分附著于混凝土的孔壁上，相比于普通摻入式負載tio2的混凝土，本發明混凝土中的納米tio2主要分布在孔壁上而非被水泥漿體包裹，從而更多地暴露在紫外線之下，更多的納米tio2顆粒吸收能量被激發，在光催化泡沫混凝土表面生成羥基自由基和超氧離子，進行光催化反應，提高了納米tio2的利用率，進而提高了整體的光催化效率。
21.2)本發明在制備過程中，由于納米tio2吸附在液膜表層吸收大量液膜自由能，阻止表面張力下降，增加擴張粘彈模量和流動阻力，以及穩定劑增加液體粘度，形成柔韌彈性潤滑薄膜的雙重作用，光催化泡沫在水泥漿體中更穩定，進而使混凝土硬化后形成穩定的多孔結構，使納米tio2充分吸附在混凝土孔壁，極少量被水泥漿體包裹，因此，相比于其它普通光催化泡沫混凝土，本發明光催化泡沫混凝土中的納米tio2在紫外線下的暴露量和與污染物的接觸量明顯增多，光催化性能更加優異。
具體實施方式
22.為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
23.以下實施例中，采用的白水泥為阿爾博p.w52.5級白硅酸鹽水泥，其氧化鐵含量為0.23％；采用的聚羧酸減水劑為市售聚羧酸減水劑，其固含量為40％；采用的納米tio2為德固賽p25型納米二氧化鈦，為銳鈦礦和金紅石混晶型，其中銳鈦礦和金紅石的質量比為4:1，納米tio2平均粒徑為21nm。
24.實施例1-8
25.實施例1-8中光催化泡沫混凝土，由光催化泡沫、白水泥、聚羧酸減水劑和水組成，各原料的質量百分含量見表1。其中，光催化泡沫由納米tio2、分散穩定劑、發泡劑和水組成，各原料的質量百分含量見表2。
26.表1實施例1-8光催化泡沫混凝土的原料組成
[0027][0028]
表2實施例1-8光催化泡沫的原料組成
[0029][0030][0031]
實施例1-8中光催化泡沫混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0032]
1)按表2各原料的質量百分含量，將納米tio2與水混合并分散均勻，再加入分散穩定劑進行混合，最后加入發泡劑充分混合，將所得溶液按表3的工藝條件進行高速攪拌，得到光催化泡沫；
[0033]
2)將聚羧酸減水劑與水混合均勻，再加入白水泥進行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，裝入模具，24h后脫模，按表3的養護條件進行養護，得到光催化泡沫混凝土。
[0034]
表3實施例1-8制備方法的主要工藝條件
[0035][0036]
對比例1-5
[0037]
對比例1-5中光催化泡沫混凝土，由納米tio2、泡沫、白水泥、聚羧酸減水劑和水組
成，各原料的質量百分含量見表4。其中，泡沫由以下質量百分含量的原料組成：分散穩定劑0.3％、發泡劑0.6％、水99.1％。
[0038]
表4對比例1-5光催化泡沫混凝土的原料組成
[0039][0040]
對比例1-5中光催化泡沫混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0041]
1)將水與分散穩定劑進行混合，再加入發泡劑充分混合，將所得溶液在2500r/min的轉速下高速攪拌90s，得到泡沫；
[0042]
2)按表3各原料的質量百分含量，將聚羧酸減水劑與水混合均勻，再加入納米tio2和白水泥進行混合，最后加入泡沫充分混合，裝入模具，24h后脫模，在20℃、濕度95％的條件下養護7d，得到光催化泡沫混凝土。
[0043]
對實施例1-5的光催化泡沫和對比例1-5的泡沫的性質進行測定，結果見表5，對比可知，實施例1-5的光催化泡沫的密度更大，說明該泡沫穩定性和對納米tio2的負載能力更強；實施例1-5的光催化泡沫的平均直徑和10h泌水率更小，也進一步說明了該泡沫液膜強度更強，具有更強的穩定性，進而能夠在混凝土中形成更穩定的多孔結構。
[0044]
表5實施例1-5和對比例1-5泡沫的性質
[0045][0046]
對實施例1-5和對比例1-5的光催化泡沫混凝土的濕密度和平均孔徑進行測定，結果見表6，對比可知，實施例1-5的光催化泡沫混凝土的濕密度和平均孔徑更小，說明該泡沫混凝土中孔隙更多，在光催化過程中納米tio2的暴露量和被激發量會更多。
[0047]
表6實施例1-5和對比例1-5光催化泡沫混凝土的性質
[0048][0049]
對實施例1-5和對比例1-5的光催化泡沫混凝土的光催化性能進行測定，開展no光
催化降解試驗和亞甲基藍光催化降解試驗，以no的降解率和亞甲基藍的降解率來表征光催化泡沫混凝土的光催化性能。
[0050]
no光催化降解試驗：取5cm
×
5cm
×
10cm光催化混凝土置于25cm
×
10cm
×
5cm的反應箱中，反應箱中充有一定初始濃度的no，先進行30min暗反應，再用cel-hxf300型氙燈垂直照射光催化混凝土，光強為0.1w/m2，反應1.5h，再進行30min暗反應，采用氮氧化物分析儀測定反應箱中no的最終濃度，計算no的降解率。
[0051]
亞甲基藍光催化降解試驗：取5cm
×
5cm
×
10cm光催化混凝土置于1000ml10mg/l的亞甲基藍溶液中，在黑暗環境中靜置30min，采用紫外可見分光光度法測定溶液中的亞甲基藍濃度作為初始濃度，采用氙燈照射，光強為0.5w/m2，波長為340nm，反應3h，采用紫外可見分光光度法測定溶液中亞甲基藍的最終濃度，計算亞甲基藍的降解率。
[0052]
表7no光催化降解試驗結果
[0053][0054]
表8亞甲基藍光催化降解試驗結果
[0055][0056]
實施例1-5中光催化泡沫混凝土的納米tio2含量經計算分別為0.1％、0.4％、0.8％、1.3％、2.1％，分別與對比例1-5中光催化泡沫混凝土的納米tio2含量相同，從表7和表8的數據可以看出，在納米tio2含量相同的情況下，實施例比對比例具有更高的no降解率和亞甲基藍降解率，no降解率可提高27.43-45.80％，亞甲基藍降解率可提高33.36-55.16％，光催化效率更高，光催化性能更加優異。
[0057]
上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉，而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種光催化泡沫混凝土，其特征在于，由以下質量百分含量的原料組成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸減水劑0.2-0.6％、水24.6-27.5％，其中，光催化泡沫由納米tio2、分散穩定劑、發泡劑和水組成。2.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫混凝土的濕密度為700-820kg/m3，平均孔徑為76-256μm。3.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫由以下質量百分含量的原料組成：納米tio
2 3.8-16.5％、分散穩定劑0.1-0.4％、發泡劑0.3-0.6％、水82.5-95.3％。4.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述光催化泡沫的密度為65-90kg/m3，平均直徑為57-183μm。5.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述納米tio2為銳鈦礦和金紅石混晶型，其中，銳鈦礦和金紅石的質量比為(3-5):1。6.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述納米tio2的平均粒徑為10-50nm。7.根據權利要求1所述的光催化泡沫混凝土，其特征在于，所述分散穩定劑為羥丙基甲基纖維素醚、黃原膠、溫輪膠、羧甲基纖維素鈉中的一種；所述發泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、α-烯烴磺酸鈉中的一種。8.一種如權利要求1所述的光催化泡沫混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)將納米tio2與水混合并分散均勻，再加入分散穩定劑進行混合，最后加入發泡劑充分混合，將所得溶液高速攪拌，得到光催化泡沫；2)將聚羧酸減水劑與水混合均勻，再加入白水泥進行混合，最后加入光催化泡沫充分混合，裝入模具，硬化后脫模、養護，得到光催化泡沫混凝土。9.根據權利要求8所述的光催化泡沫混凝土的制備方法，其特征在于，所述高速攪拌的速率為2200-2600r/min，攪拌時間為90-120s。10.根據權利要求8所述的光催化泡沫混凝土的制備方法，其特征在于，所述養護的溫度為20
±
1℃，濕度＞90％，時間為7-28d。
技術總結
本發明屬于建筑材料技術領域，公開了一種光催化泡沫混凝土及其制備方法。所述光催化泡沫混凝土，由以下質量百分含量的原料組成：光催化泡沫3.2-12.8％、白水泥62.0-68.9％、聚羧酸減水劑0.2-0.6％、水24.6-27.5％，其中，光催化泡沫由納米TiO2、分散穩定劑、發泡劑和水組成。本發明先將納米TiO2負載于泡沫上形成穩定的光催化泡沫，再將光催化泡沫用于制備光催化泡沫混凝土，得到的光催化泡沫混凝土具有穩定的多孔結構，納米TiO2充分附著于混凝土孔壁上，在紫外線下的暴露量和與污染物的接觸量明顯增多，提高了納米TiO2的利用率，具有優異的光催化性能。光催化性能。
