一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法，所述人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥8~12份、机制砂15~45份、玄武岩纤维0.1~0.35份、硼碳氮0.007~0.021份、纳米蒙脱土0.007~0.018份、去离子水4~6.5份、隔离粉1.5~5份；本发明专利技术人工粗骨料中纳米光催化材料的抗冲刷和抗磨损性能较直接掺入混凝土中的纳米光催化材料更好，保证了光催化混凝土除污性能的耐久和稳定；采用纳米蒙脱土在机制砂表面形成一层润滑膜，增加材料拌合过程中的流动性，对光催化混凝土的推广及应用起到了积极的促进作用。的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，特别涉及一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法。

技术介绍

[0002]骨料是砂浆或混凝土中起骨架和填充作用的粒状材料，是制备砂浆或混凝土必需的建筑材料之一。骨料一般分为细骨料和粗骨料两类。细骨料一般采用河砂和湖砂等，粗骨料一般采用碎石和卵石等。光催化混凝土是在制备混凝土的过程中掺入纳米光催化材料，在太阳光作用下实现污染物降解的一种复合材料。光催化混凝土的应用效果受纳米光催化材料的性质、与光源的接触面积以及混凝土中各材料间复合效果等因素的影响。目前，混凝土中常用的纳米光催化材料是二氧化钛和石墨相氮化碳等，常见的应用方式是将纳米光催化材料直接掺和在混凝土中、涂覆在混凝土的表面或物理吸附在集料的表面，虽然可以取得一定的效果，但依然存在着诸多问题：（1）若只在混凝土中掺入纳米光催化材料，显著阻碍了混凝土中纳米光催化材料受光面积的提升，从而限制光催化降解污染物能力的提升，不利于光催化混凝土的规模化推广及应用。
[0003]（2）物理吸附的方式主要是通过在轻质骨料的表面和孔隙中附着纳米光催化材料，而轻质骨料表面的纳米光催化材料容易流失；轻质骨料内部附着的纳米光催化材料较少且分布不均匀，严重影响光催化混凝土的除污性能。将纳米光催化材料涂覆在混凝土的表面，虽然具有较好的光催化效果，但纳米光催化材料易从混凝土表面剥落；为维持光催化性能的稳定，需要隔时反复的涂覆，导致后期维护成本较高。
[0004]（3）由于受材料自身禁带宽度的限制，二氧化钛的光催化主要依赖于紫外线，而紫外线约占太阳光的4.5%；石墨相氮化碳无光催化性能或主要依赖太阳光谱中蓝紫光发生光催化反应，两者对太阳光的利用率均较低；二氧化钛和石墨相氮化碳的比表面积均较小，光生电子和空穴容易复合，光催化效果较差。
[0005]因此，为了提高混凝土中纳米光催化材料的受光面积及光催化降解污染物的效率，设计一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法，对光催化混凝土的应用及推广具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法，可显著提升光催化混凝土的降污效果，对光催化混凝土的推广及应用起到了积极的促进作用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有光催化作用的人工粗骨料，所述人工粗骨料按重量份的原料配比包括：水泥8~12份、机制砂15~45份、玄武岩纤维0.1~0.35份、硼碳氮0.007~0.021份、纳米蒙脱土0.007~0.018份、去离子水4~6.5份、隔离粉1.5~
5份。
[0008]所述硼碳氮是对h
‑
BN进行碳掺杂后得到的光催化剂，具体方法是采用硼源2重量份、碳源2~7重量份，尿素2~4重量份，在氨气气氛下1250℃条件制备得到；所述硼源为氧化硼或硼酸；所述碳源为葡萄糖或蔗糖或果糖。
[0009]所述隔离粉按重量份的原料配比为：水泥0.5~1.5份、熟石灰1~2份、矿粉0.5~1份。
[0010]一种具有光催化作用的人工粗骨料的制备方法，按如下步骤进行：步骤一：附着纳米蒙脱土；将纳米蒙脱土加入体积为V1的自来水中，采用分散仪以5500~9000r/min的转速搅拌25~50分钟得到附膜液；将机制砂处置后加入附膜液中搅拌5~8分钟，然后倒入托盘并放置在65~110℃的烘箱中加热烘干180~360分钟，使得纳米蒙脱土附着在机制砂的表面，得到附膜机制砂；步骤二：分散硼碳氮；将硼碳氮按重量均分为两份，然后依次将附膜机制砂、水泥、玄武岩纤维和一份硼碳氮加入搅拌机中，混合搅拌2.5~5分钟得到固体拌合物；之后将另一份硼碳氮加入去离子水中超声分散10~30分钟，得到硼碳氮分散液；步骤三：制取骨料坯；将硼碳氮分散液倒入固体拌合物中，搅拌2.5~3.5分钟得到光催化水泥砂浆；将所述光催化水泥砂浆依次通过振动、挤压成型和切割得到骨料坯；步骤四：撒布隔离粉；在所述骨料坯的表面，均匀撒布隔离粉形成隔离层，防止骨料坯之间相互粘连；步骤五：养护骨料坯；将步骤四中附着隔离层的骨料坯放置于干燥通风处1.5~3小时，然后再置于温度为22~26℃，湿度为85%~92%的环境下养护不小于7天，即制作得到具有光催化作用的人工粗骨料。
[0011]所述机制砂处置是采用搅洗桶搅洗5~8分钟，然后置于网筛上沥水25~40分钟，之后采用烘箱在65~110℃加热烘干180~360分钟。
[0012]所述V1=（0.45~0.9）V2，其中V2为机制砂的堆积体积。
[0013]与已有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术制取的人工粗骨料掺入混凝土后，可显著提升混凝土中纳米光催化材料活性位点的数量，提高降解污染物的效率，人工粗骨料中纳米光催化材料的抗冲刷和抗磨损性能较直接掺入混凝土中的纳米光催化材料更好，保证光催化混凝土除污性能的耐久和稳定，有利于光催化混凝土的规模化推广及应用。
[0014]2.本专利技术采用硼碳氮作为纳米光催化材料，因其具有三维层状多孔，比表面积均较大，能有效暴露出更多的反应活性位点，可显著提高降解污染物的效率；硼碳氮可利用光谱中绿光、蓝光和紫光发生光催化反应，光催化效率较高。
[0015]3.本专利技术将纳米蒙脱土吸附在机制砂的表面，可填充机制砂与水泥浆体界面区的孔隙，增强机制砂与水泥浆体的复合强度；此外，纳米蒙脱土附着在机制砂的表面，可改善机制砂表面的润滑度，提高固体拌合物中材料拌合的均匀性，从而保证硼碳氮在人工粗骨料中的均匀分散。
[0016]4.本专利技术采用玄武岩纤维用于增强人工粗骨料的强度和抗磨损性能，降低人工粗骨料在嵌挤力的作用下发生损伤的概率。此外，本专利技术通过将硼碳氮分别加入水泥和水中的方式掺入人工粗骨料，有效改善硼碳氮在人工粗骨料中的分散性，保证光催化降解污染物的效果。
具体实施方式
[0017]本专利技术提供的是一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法。为更进一步阐述本专利技术所采用的技术手段及功效，下面结合具体实施方式，对本专利技术进行详细的说明。
[0018]一种具有光催化作用的人工粗骨料，所述人工粗骨料按重量份的原料配比包括：水泥8~12份、机制砂15~45份、玄武岩纤维0.1~0.35份、硼碳氮0.007~0.021份、纳米蒙脱土0.007~0.018份、去离子水4~6.5份、隔离粉1.5~5份。
[0019]所述硼碳氮是对h
‑
BN进行碳掺杂后得到的光催化剂，具体方法是采用硼源2重量份、碳源6重量份，尿素4重量份，在氨气气氛下1250℃条件制备得到；所述硼源为硼酸；所述碳源为蔗糖。
[0020]隔离粉按重量份的原料配比为：水泥0.6份、熟石灰1份、矿粉0.6份。
[0021]一种具有光催化作用的人工粗骨料的制备方法，按如下步骤进行：步骤一：附着纳米蒙脱土；将纳米蒙脱土加入体积为V1的自来水中，采用分散仪以5500~9000r/min的转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化作用的人工粗骨料，其特征在于：所述人工粗骨料按重量份的原料配比包括：水泥8~12份、机制砂15~45份、玄武岩纤维0.1~0.35份、硼碳氮0.007~0.021份、纳米蒙脱土0.007~0.018份、去离子水4~6.5份、隔离粉1.5~5份。2.根据权利要求1所述的一种具有光催化作用的人工粗骨料，其特征在于：所述硼碳氮是对h
‑
BN进行碳掺杂后得到的光催化剂，具体方法是采用硼源2重量份、碳源2~7重量份，尿素2~4重量份，在氨气气氛下1250℃条件制备得到；所述硼源为氧化硼或硼酸；所述碳源为葡萄糖或蔗糖或果糖。3.根据权利要求1所述的一种具有光催化作用的人工粗骨料，其特征在于：所述隔离粉按重量份的原料配比为：水泥0.5~1.5份、熟石灰1~2份、矿粉0.5~1份。4.一种具有光催化作用的人工粗骨料的制备方法，其特征在于：按如下步骤进行：步骤一：附着纳米蒙脱土；将纳米蒙脱土加入体积为V1的自来水中，采用分散仪以5500~9000r/min的转速搅拌25~50分钟得到附膜液；将机制砂处置后加入附膜液中搅拌5~8分钟，然后倒入托盘并放置在65~110℃的烘箱中加热烘干180~360分钟，使得纳米蒙脱土附...

【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书一页说明书六页，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：