CN106938199A - 一种可见光响应的光催化透水砖 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可见光响应的光催化透水砖，包括透水混凝土层和覆盖在所述透水混凝土层上的多孔水泥光催化层；在所述多孔水泥光催化层表面设有至少一个水流孔，所述水流孔贯穿所述多孔水泥光催化层，使得透水孔处可以直接连接第二层（混凝土层），实现一定的透水性。所述透水混凝土层由水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的混合物经固化制成，所述多孔水泥光催化层由水泥、负载N‑TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N‑TiO2的混合物经固化制成。该可见光响应的光催化透水砖光催化反应效率高、透水率适当、结构强度高，对城市空气污染治理、城市持久性有机污染物的降解以及海绵城市的建设都有着积极的意义。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种可见光响应的光催化透水砖。
背景技术
随着城市化水平的提高，工业化进程的发展以及汽车交通的普及，城市所排放的废气越来越多。其中的NOx是一种重要的大气污染物，此外也有许多的有机污染物伴随着降水，被冲刷和雨除，到达城市的路面。因此，城市的路面也承载着越来越多的有机污染物，严重地影响着人类的健康和生存环境。其中，持久性有机污染物会迁移和转移，从气相转为固相、液相和生物相，但是它们的总量却在短期内不会减少。目前的治理方法，如物理吸附法、化学氧化法、高温焚烧法和生态治理等都有着不同的侧重点和不足之处，如造价高、产生副产物、引入二次污染、治理周期过长等。因此，寻求一种便捷有效实用易操作的污染物处理技术，逐渐成为了人们的研究热点。
光催化技术是利用光触媒在光照的条件下，将污染物转化或降解，生成对生态环境和人体无毒无害的小分子的一种新型污染物降解处理技术，可用于NOx的脱除以及有机物的降解，被认为是一种安全、有效的污染物处理技术。但由于其受到光波波长的限制和对光能的利用率的限制，往往没有被大规模使用。
N-TiO2不仅在紫外线下具有催化性，而且对可见光有很好的响应，能够高效、稳定地降解有机污染物。
城市内涝的出现，使得人们对于硬质路面的铺设有着更多的反思。目前，各种类型的透水砖被广泛应用于城市路面的铺设，以减轻短时间大量的降水造成城市排水***的压力，同时避免城市在降水后，地面被水淹没所造成的交通和生活不便。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的是结合N-TiO2的光催化反应和混凝土透水砖的优点，在其基础上制备出一种可见光响应的光催化透水砖，光催化反应效率高、透水率适当、结构强度高，对城市空气污染治理、城市持久性有机污染物的降解以及海绵城市的建设都有着积极的意义。
技术方案： 一种可见光响应的光催化透水砖，包括透水混凝土层和覆盖在所述透水混凝土层上的多孔水泥光催化层；在所述多孔水泥光催化层表面设有至少一个水流孔，所述水流孔贯穿所述多孔水泥光催化层。
进一步地，所述透水混凝土层由水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的混合物经固化制成，水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的质量比为120~180:18~30:480~720:36~54:1。
进一步地，所述天然粗骨料的直径为10mm。
进一步地，所述天然粗骨料为砾石、鹅卵石或大理石颗粒。
进一步地，所述多孔水泥光催化层由水泥、负载N-TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N-TiO2的混合物经固化制成，水泥、负载N-TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N-TiO2的质量比为8~12:16~24:1。
进一步地，所述负载N-TiO2硼硅酸盐玻璃碎屑的制备方法包括以下步骤：步骤1，将钛酸四丁酯和无水乙醇混合，加入乙酰丙酮，搅拌2~6h，得到混合液一，钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为3~5:7~9:1；步骤2，向混合液一中加入1,2-二氨基乙烷，搅拌2~6h，得到混合液二，混合液一和1,2-二氨基乙烷的体积比为0.25~4:1；步骤3，将混合液二在常温常压下静置2~4d后加入取硼硅酸盐玻璃碎屑，置于常压50~70℃环境下干燥3~7d，得到负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑；步骤4，将负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑以3℃/min缓慢升温至400~600℃后煅烧1~2h，降至常温，去除N-TiO2凝胶，用蒸馏水洗去N-TiO2粉末，即得到负载有N-TiO2的硼硅酸盐玻璃碎屑。
有益效果：
1. 降水后，多孔水泥光催化层的透水孔能够及时高效向下透水，使降雨降雪的水顺利排至透水混凝土层，而后经过透水混凝土层顺利排至透水砖之下，这一特性保证了透水砖的透水性，能够有效避免城市降水后的市政排水压力，减少城市降水后内涝的发生频率，为其成为海绵城市的建筑材料提供了良好的保证。
2. 光照条件下，多孔水泥光催化层的N-TiO2有很好的催化性质，可以高效、稳定地净化周围的空气和水，降解污染物。N-TiO2相比普通TiO2有着更广的吸收光谱，不仅可以利用紫外线，而且可以利用可见光。在太阳光谱中，可见光占40％，而紫外线仅占4%，因此N-TiO2相比普通N-TiO2对太阳光谱有更高的利用率，有更高的光催化活性。多孔水泥光催化层铺设有硼硅酸盐玻璃碎片，使得光不仅可以与玻璃碎片上表面的催化剂反应，也可以经过反射、折射及散射作用激发玻璃碎片下的N-TiO2，净化路面空气及路面积水中的污染物。
3. 采用N改性TiO2相对于其他改性方法，其优势在于：首先，本例中的改性方式十分成熟，可以有效地使TiO2对可见光进行相应；其次，N元素相比于其他金属元素，不会在改性过程中产生重金属盐及其化合物，不会引入污染物；第三，N元素的在地球的含量充足，不会造成物质资源的短缺。
附图说明
图1为实施例1提供的可见光响应的光催化透水砖的截面结构示意图，9-透水混凝土层，10-多孔水泥光催化层，11-水流孔；
图2为实施例1提供的可见光响应的光催化透水砖的制备装置示意图，1-外模具；2-顶盖；3-底板；4-压板；5-钉板；6-振动器；7-支撑；8-底板固定器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种可见光响应的光催化透水砖，包括透水混凝土层9和覆盖在所述透水混凝土层上的多孔水泥光催化层10；在所述多孔水泥光催化层10表面设有至少一个水流孔11，所述水流孔11贯穿所述多孔水泥光催化层10，使得透水孔处可以直接连接第二层（混凝土层），实现一定的透水性。
所述透水混凝土层由水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的混合物经固化制成，所述多孔水泥光催化层由水泥、负载N-TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N-TiO2的混合物经固化制成。
本实施例中采用图2所示的装置来制备可见光响应的光催化透水砖。该装置包括外模具（1），顶盖（2），底板（3），压板（4），钉板（5），振动器（6），支撑（7），底板固定器（8）等。其中外模具（1）为空心无顶无底长方体，底板（3）由底板固定器（8）固定于外模具（1）之下，压板（4）和钉板（5）均可向外模具内的填料施加压力，振动器（6）可以振动使得外模具内的原材料密实。
具体地，该可见光响应的光催化透水砖的制备方法包括以下步骤：
a)将硼硅酸盐玻璃碎屑负载N-TiO2：溶胶凝胶法制备N-TiO2，而后将其溶胶负载于硼硅酸盐玻璃碎屑，之后煅烧后蒸馏水洗。
b)选取粒径约10mm的石子，将水泥、砂、石子、水和减水剂分别以370、60、1500、100、2.6kg/m³的物料比投入搅拌机中均匀搅拌为混合浆料，其中石子粒径约10mm。
c)将步骤b)得到的混合浆料加入制备装置，开启振动器，用压板压实，得到透水混凝土层。
d)将水泥加入制备装置，并将负载N-TiO2的硼硅酸盐玻璃碎屑与少量N-TiO2同时加入，水泥、负载N-TiO2的硼硅酸盐玻璃碎屑与少量N-TiO2的质量比约为50:100:5。开启振动器，换钉板压实，得到多孔水泥光催化层。
e)打开底板固定期，连同底板制得的光催化透水砖取下底板，保养30天，即可获得光催化多孔透水砖。
所述负载N-TiO2硼硅酸盐玻璃碎屑的制备方法包括以下步骤：步骤1，将钛酸四丁酯和无水乙醇混合，加入乙酰丙酮，搅拌2~6h，得到混合液一，钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为3~5:7~9:1；步骤2，向混合液一中加入1,2-二氨基乙烷，搅拌2~6h，得到混合液二，混合液一和1,2-二氨基乙烷的体积比为0.25~4:1；步骤3，将混合液二在常温常压下静置2~4d后加入取硼硅酸盐玻璃碎屑，置于常压50~70℃环境下干燥3~7d，得到负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑；步骤4，将负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑以3℃/min缓慢升温至400~600℃后煅烧1~2h，降至常温，去除N-TiO2凝胶，用蒸馏水洗去N-TiO2粉末，即得到负载有N-TiO2的硼硅酸盐玻璃碎屑。
步骤d中采用的N-TiO2可以是负载N-TiO2硼硅酸盐玻璃碎屑的制备方法中被洗去的N- TiO2溶胶或碎屑被回收利用，也可以采用以其他已有的方法制得的N- TiO2粉末成品。
使用本发明生产的可见光响应的光催化透水砖的性能测试数据如下：透水砖的抗压强度在7d后达28.4 MPa，28d后达34.2 MPa，抗折强度28d后达3.55 MPa，透水系数为1.82 mm/s。
Claims (6)
1.一种可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：包括透水混凝土层和覆盖在所述透水混凝土层上的多孔水泥光催化层；在所述多孔水泥光催化层表面设有至少一个水流孔，所述水流孔贯穿所述多孔水泥光催化层。
2.根据权利要求1所述的可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：所述透水混凝土层由水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的混合物经固化制成，水泥、砂、天然粗骨料、水和减水剂的质量比为120~180:18~30:480~720:36~54:1。
3.根据权利要求2所述的可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：所述天然粗骨料的直径为10mm。
4.根据权利要求2所述的可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：所述天然粗骨料为砾石、鹅卵石或大理石颗粒。
5.根据权利要求1所述的可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：所述多孔水泥光催化层由水泥、负载N-TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N-TiO2的混合物经固化制成，水泥、负载N-TiO2后的硼硅酸盐玻璃碎屑和N-TiO2的质量比为8~12:16~24:1。
6.根据权利要求5所述的可见光响应的光催化透水砖，其特征在于：所述负载N-TiO2硼硅酸盐玻璃碎屑的制备方法包括以下步骤：步骤1，将钛酸四丁酯和无水乙醇混合，加入乙酰丙酮，搅拌2~6h，得到混合液一，钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为3~5:7~9:1；步骤2，向混合液一中加入1,2-二氨基乙烷，搅拌2~6h，得到混合液二，混合液一和1,2-二氨基乙烷的体积比为0.25~4:1；步骤3，将混合液二在常温常压下静置2~4d后加入取硼硅酸盐玻璃碎屑，置于常压50~70℃环境下干燥3~7d，得到负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑；步骤4，将负载有N-TiO2溶胶的硼硅酸盐玻璃碎屑以3℃/min缓慢升温至400~600℃后煅烧1~2h，降至常温，去除N-TiO2凝胶，用蒸馏水洗去N-TiO2粉末，即得到负载有N-TiO2的硼硅酸盐玻璃碎屑。
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