本发明专利技术公开了一种使混凝土具有水体净化功能的方法及具有水体净化功能的混凝土，通过在混凝土表面喷涂石墨烯‑硅基纳米杂化材料使混凝土具有水体净化功能，所述石墨烯‑硅基纳米杂化材料由正硅酸乙酯、氧化石墨烯、酸和溶剂组成。本发明专利技术将多孔混凝土与石墨烯—硅基纳米杂化材料结合，利用多孔混凝土空隙较大、透水性良好的特点，极大增加了石墨烯与污水的接触面积，使石墨烯吸附功能充分发挥。石墨烯—硅基纳米杂化材料喷涂于混凝土表面，降低了纳米杂化材料用量，提高了纳米杂化材料与污染水体的接触面积，提高了污水净化效率，克服了石墨烯与混凝土结合差的难题，提高了水体净化功能的持久性。
A method to make concrete have water purification function and concrete with water purification function
【技术实现步骤摘要】
一种使混凝土具有水体净化功能的方法及具有水体净化功能的混凝土
本专利技术涉及一种赋予混凝土水体净化功能的方法，特别涉及一种利用石墨烯—硅基纳米杂化材料对混凝土进行处理，使混凝土具有水体净化功能的方法，还涉及一种具有水体净化功能的混凝土，属于建筑材料
技术背景海绵城市是指具有优良渗水、净水性能的城市，海绵城市的发展使得城市地下水系统得到有效补充和维护，地表水可通过渗透系统进入地下，形成循环。地表水（如雨水、生产生活排水等）经人为干预后常携带有害甚至有毒离子，对城市水循环系统造成严重的危害，亟需有效手段对其净化。多孔混凝土又叫透水混凝土、排水混凝土，是由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面的缺陷、开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水的混凝土。多孔混凝土的多孔、联通特性使其具有良好的透水效果，在海绵城市建设中能够有效收集地表水，但多孔混凝土并不能对携带有害离子的地表水起到过滤作用。所以，开发具有有害离子过滤功能的多孔混凝土、实现对流经水体的净化，可望有效提高海绵城市生态系统的安全性。不仅如此，具有净化功能的多孔混凝土在河流、水渠、污水厂等其它水系统均有较大发挥空间。由于石墨烯比表面积大，常作为一种吸附剂用于环境净化。近年来，石墨烯在水泥混凝土中的应用逐渐受到人们的关注，但石墨烯在水泥混凝土中的作用通常是改善水泥基材料的力学性能、导电性等，没有将石墨烯来增加混凝土吸附能力的相关报道。
技术实现思路
本专利技术针对目前常规的混凝土没有水体净化能力或净化能力差的不足，提供了一种使混凝土具有水体净化功能的方法，也可以称之为提高混凝土水体净化功能的方法，该方法通过使用自行研发的石墨烯—硅基杂化材料对混凝土进行表面处理，使混凝土具有很好的水体净化能力，具有很好的应用前景。本专利技术还提供了具有水体净化功能的混凝土，该混凝土具有良好有害离子吸附能力，能够对收集的水体起到净化作用，对海绵城市的建设具有重要意义，在河流、水渠、污水厂等其它水系统也有较大发挥空间。本专利技术利用石墨烯的高吸附性，以多孔混凝土为载体，赋予多孔混凝土吸附水介质中有害离子的功能。但石墨烯本身具有憎水性，限制了其在污水处理方面的应用。经过研究，专利技术人将石墨烯同纳米SiO2材料结合形成亲水性杂化材料，既可以充分发挥石墨烯优良吸附性能，且纳米SiO2的高火山灰活性可以与水泥基材料反应生成C-S-H凝胶，牢固粘附石墨烯于多孔混凝土表面，从而长效发挥净化功能。本专利技术利用石墨烯材料表面特性，结合SiO2基纳米材料与水泥基材料的强结合性，实现了两者作用的有机结合，并将其应用于多孔混凝土，使杂化材料的吸附特性充分并长效的发挥。本专利技术具体技术方案如下：一种使混凝土具有水体净化功能的方法，该方法是：在混凝土表面喷涂石墨烯-硅基纳米杂化材料，所述石墨烯-硅基纳米杂化材料由以下质量百分比的组分组成：a.正硅酸乙酯2.64~3.33％；b.氧化石墨烯0.29～0.37％；c.酸调整pH至3-4；d.溶剂补足100%，所述溶剂为水和/或无水乙醇。本专利技术利用氧化石墨烯与正硅酸乙酯水解产生的纳米二氧化硅杂化制备石墨烯-硅基纳米杂化材料，利用硅基材料与硬化混凝土反应活性使杂化材料能有效附着于混凝土孔壁，并利用石墨烯提高透过混凝土的水介质中的有害介质的吸附能力，赋予混凝土净化水体的功能。二氧化硅对氧化石墨烯的杂化改性，增加了石墨烯的亲水性，杂化材料牢固固定在混凝土表面，可以起到长久吸附作用。其中，所述酸是为了使正硅酸乙酯水解形成二氧化硅，其可以是醋酸、稀硝酸等。进一步的，所述溶剂为水、无水乙醇或它们的混合物。正硅酸乙酯可在水或乙醇中发生水解反应，产生二氧化硅，溶剂选择水、无水乙醇或者它们的混合物时，所得杂化材料的均匀性、在混凝土表面的分散性均无明显差异，但乙醇会破坏水泥基材料的水化，因此溶剂优选为水。进一步的，所述石墨烯-硅基纳米杂化材料按照以下方法制得：将氧化石墨烯加入溶剂中，搅拌并超声处理使其分散均匀，然后在搅拌下向氧化石墨烯分散液中滴入正硅酸乙酯，滴完后滴加酸调整pH至3-4，搅拌反应12-20h，得石墨烯-硅基纳米杂化材料。该方法中，超声处理时间为6-8h，通过长时间的超声处理，可以使氧化石墨烯在溶剂中充分分散，以便于其后续在混凝土表面的均匀分布。在滴加正硅酸乙酯时，滴加速度尽量缓慢，并且优选在700-1000r/min的搅拌转速下滴加，以保证正硅酸乙酯的均匀分散和缓慢水解。用酸调整pH至3-4后，再搅拌反应12-20h，一是完成正硅酸乙酯的水解，二是使石墨烯与正硅酸乙酯进行杂化，提高石墨烯的亲水性。进一步的，本专利技术所述的氧化石墨烯的比表面积为40~180m2/g，片径小于10μm，厚度小于10nm，层数小于8层，具有较高的吸附性。进一步的，上述使混凝土具有水体净化功能的方法中，所述混凝土优选为多孔混凝土，即透水混凝土，该混凝土具有一定的孔隙率，具有很好的渗水性。本专利技术将石墨烯-硅基纳米杂化材料喷涂于多孔混凝土表面，可以在水透过混凝土的过程中实现水体的净化。进一步的，所述多孔混凝土可以直接购买，也可以自行制备。在本专利技术中提供了一种多孔混凝土的制备方法，其以水泥、骨料和水为原料制成。所述水泥为硅酸盐水泥，所述骨料为碎石，骨料的粒径范围为6~9mm，所述水灰比为0.3-0.5，骨料与水泥的质量比为4.5-5.8:1。进一步的，根据实际需求，所述石墨烯-硅基纳米杂化材料可以喷涂于混凝土的所有表面，也可以仅喷涂于部分表面。石墨烯-硅基纳米杂化材料按照每m2混凝土喷涂1-3.2kg石墨烯-硅基纳米杂化材料的量进行喷涂。进一步的，本专利技术还提供了一种具有水体净化功能的混凝土，该具有水体净化功能的混凝土的表面覆有净化层，所述净化层通过在混凝土表面喷涂石墨烯-硅基纳米杂化材料形成，石墨烯-硅基纳米杂化材料按照上述使混凝土具有水体净化功能的方法喷涂在混凝土表面。进一步的，上述具有水体净化功能的混凝土中，所指的混凝土优选为多孔混凝土。进一步的，上述具有水体净化功能的混凝土中，所述净化层位于混凝土的所有表面或部分表面。本专利技术以提升水污染净化效率为目标，利用石墨烯—硅基纳米杂化材料，依托多孔混凝土表面，制备得到了海绵城市用、具有水体净化功能的建筑材料。本专利技术可有效克服现有石墨烯在水泥基材料中分散性差、掺量大、价格贵等弊病，具有以下优点：1、石墨烯—硅基纳米杂化材料具有石墨烯吸附污染物性能和纳米SiO2反应活性，与水泥基体结合时可粘结牢固，使吸附功能长效发挥。2、多孔混凝土与该石墨烯—硅基纳米杂化材料结合，利用多孔混凝土空隙较大、透水性良好的特点，极大增加了石墨烯与污水的接触面积，使石墨烯吸附功能充分发挥。3、石墨烯—硅基纳米杂化材料喷涂于混凝土表面，降低了纳米杂化材料用量，提高了纳米杂化材料与污染水体的接触面积，提高了污水净化效率，克服了石墨烯与混凝土结合差的难题，提高了水体净化功能的持久性。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术进行进一步说明。下述说明仅是示例性的，并不对其保护范围进行限定。下述实施例中，所用氧化石墨烯购自潍坊至善新能源科技有限公司。所用正硅酸乙酯、冰醋酸均为市购产品。实施例11、按照下述质量百分比选择石墨烯-硅基纳米杂化材料的原料：正硅酸乙酯2.64％，氧化石墨烯0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使混凝土具有水体净化功能的方法，其特征是：在混凝土表面喷涂石墨烯‑硅基纳米杂化材料，所述石墨烯‑硅基纳米杂化材料由以下质量百分比的组分组成：正硅酸乙酯 2.64~3.33％；氧化石墨烯0.29～0.37％；酸 调整pH至3‑4；溶剂补足100%，所述溶剂为水和/或无水乙醇。
【技术特征摘要】
1.一种使混凝土具有水体净化功能的方法，其特征是：在混凝土表面喷涂石墨烯-硅基纳米杂化材料，所述石墨烯-硅基纳米杂化材料由以下质量百分比的组分组成：正硅酸乙酯2.64~3.33％；氧化石墨烯0.29～0.37％；酸调整pH至3-4；溶剂补足100%，所述溶剂为水和/或无水乙醇。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述酸为醋酸或硝酸。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述溶剂为水。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述石墨烯-硅基纳米杂化材料按照以下方法制得：将氧化石墨烯加入溶剂中，搅拌并超声处理使其分散均匀，然后在搅拌下向氧化石墨烯分散液中滴入正硅酸乙酯，滴完后滴加酸调整pH至3-4，搅拌反应12-20h，得石墨烯-硅基纳米杂化材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：超声处理6-8h；搅拌转速为700-1000r/min。6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏坤，王涵，董晓霞，谢宁，李琴飞，陈衡，张丽娜，张秀芝，杜鹏，王丹，程新，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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