一种具有释氧功能的混凝土的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，包括：配制铂负载纳米TiO2的光电材料悬浮液，将穿设有多个光导纤维的混凝土本体置于光电材料悬浮液中养护，使光电材料大量沉积于混凝土本体的表面与连通孔壁，得到具有释氧功能的混凝土。与现有技术相比，本发明专利技术提出的混凝土可释放一定量氧气，有望缓解大气氧浓度持续下降的当前态势；结合CO2固定的碳矿化反应，该混凝土实现了人工光合作用。该混凝土实现了人工光合作用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有释氧功能的混凝土的制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，涉及一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，具体涉及一种基于光电效应和电解水反应的释氧混凝土的制备方法。

技术介绍

[0002]阳光、空气、水是人类赖以生存的三大要素，其中空气主要指人类呼吸所必须的氧气。众所周知，大气中的氧气主要来源于植物的光合作用(消耗二氧化碳、释放氧气)。具体而言，大气中约70％的氧气来源于海洋藻类，约18％的氧气来源于森林植物，约12％的氧气来源于其他陆地植物。然而当前，由于化石燃料的大量使用(消耗氧气、释放二氧化碳)、森林面积的急剧减少、海洋pH值的逐渐降低(加剧海洋藻类死亡)等原因，大气中的氧气浓度正在不断下降。长此以往，这将对人类生存造成不利影响。
[0003]水是地球上储量最丰富的无机化合物，而太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源，两者的获取成本都极低。因此，基于光电效应与电解水反应的制氧制氢工业备受关注。另一方面，混凝土是世界上使用量仅次于水的材料，也是世界上使用量最大的人工合成材料。据统计，每年约有1/5的日照辐射(太阳能)会出现在以混凝土为代表的建筑物和构筑物的表面，且这部分能量通常都难以被利用。因此，开发一种基于光电效应与电解水反应的释氧混凝土及其制备方法，对缓解大气氧浓度持续下降的当前态势具有重要意义。
[0004]中国专利CN114853410A公开了一种具有固碳释氧功能的混凝土及其制备方法，包括混凝土本体，贯穿设于混凝土本体中的光学纤维；其中混凝土本体中，所用混凝土材料包括：胶凝材料400
‑
600份、光电材料8
‑
12份、水140
‑
210份、外加剂4
‑
6份；制备方法包括：首先在槽状模具的侧壁通孔中穿设光学纤维，并使其贯穿模具的成型腔；之后将光电材料、水、外加剂混合，得到光电材料混合液；再将光电材料混合液与胶凝材料混合，并加入至槽状模具的成型腔内，静置成型后取出，经避光养护即得到所述的混凝土。但在实际应用过程中，该混凝土的释氧量并不能满足释氧混凝土的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是提供一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，用于缓解大气氧浓度持续下降的当前态势。本专利技术拟利用投射于建筑物与构筑物表面的太阳能进行电解水制氧；作为从“0”到“1”的突破，这将极大地提高太阳能利用率。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，包括以下步骤：配制铂负载纳米TiO2的光电材料悬浮液，将穿设有多个光导纤维的混凝土本体置于光电材料悬浮液中养护，使光电材料大量沉积于混凝土本体的表面与连通孔壁，得到具有释氧功能的混凝土。
[0008]进一步地，为了实现电解水反应，所述的光电材料必须负载有助催化剂。优选的，所述的光电材料为铂负载纳米TiO2，其中铂为助催化剂。
[0009]进一步地，所述的铂负载纳米TiO2由原位光沉积法制备而成，比表面积为10
‑
30m2/
g，其中，铂含量为0.2～0.5wt％，纳米TiO2为金红石相TiO2。
[0010]进一步地，所述的光电材料悬浮液中，铂负载纳米TiO2与水的质量比为(10～15):(1000～2000)。
[0011]进一步地，所述的光导纤维用于提高混凝土的透光性；优选的，所述的光导纤维阵列分布于混凝土本体上。
[0012]进一步地，所述的光导纤维呈正方形阵列形式分布于混凝土本体上，相邻光导纤维间距为20
‑
30mm。
[0013]进一步地，所述的混凝土本体的制备方法包括以下步骤：
[0014]S1：将多个光导纤维布设于模具内，并使光导纤维贯穿整个模具的成型腔；
[0015]S2：将水泥、骨料、水与外加剂混合，得到新拌混凝土，并浇注于模具内，静置24小时后，得到混凝土本体。
[0016]优选的，采用“骨料多、浆料少”的配比思路，其中水泥、骨料、水与外加剂的质量比为(300～400):(1600～1800):(90～100):(5～8)；
[0017]优选的，所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述的骨料包括单一粒径的再生粗骨料或单一粒径的再生细骨料，其中所述的再生粗骨料的粒径为4.75～9.50mm，所述的再生细骨料的粒径为2.36～4.75mm；所述的外加剂为聚羧酸高效减水剂，减水效率为20～25％。
[0018]优选的，混合过程包括：将水泥置于搅拌锅内并低速搅拌25～35s，加入骨料并低速搅拌55～65s，加入总量0.4～0.6倍的水与总量0.4～0.6倍的外加剂并低速搅拌55～65s，最后加入余量的水与外加剂，并高速搅拌85～95s，得到新拌混凝土；
[0019]进一步优选的，所述的低速搅拌的搅拌转速为60～90rpm，高速搅拌的搅拌转速为120～150rpm；
[0020]优选的，浇注过程包括：将新拌混凝土分多次装入模具内，每次装填完成后，沿四周向中心用插捣棒均匀打圈式插捣25～35次，最后沿水平方向用插捣棒施加0.4～0.6MPa的力压实。
[0021]进一步地，所述的光导纤维为石英玻璃光导纤维，纤芯直径为100
‑
150μm，光透过率为80
‑
85％，损耗率为0.2
‑
0.3dB/km。
[0022]进一步地，养护过程中，养护时间为14～28天，养护温度为室温。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0024]1)本专利技术采用了负载助催化剂的纳米TiO2作为光电材料，尤其是铂负载纳米TiO2，以实现混凝土的释氧功能。这是负载助催化剂的纳米TiO2在混凝土中的应用的首次报道，也是具有稳定释氧功能的混凝土的首次报道。
[0025]2)为了提高光电材料与光和水的接触面积，本专利技术不仅在混凝土本体中贯穿设有石英玻璃光纤，还首次采用了浸渍于光电材料悬浮液的新型养护方法，使铂负载纳米TiO2沉积于混凝土本体的表面与连通孔壁。相比于共拌和浇注法(光电材料与浆料直接混合)，本专利技术采用的新型养护方法可以避免光电材料被浆体包裹，导致其失去光电作用。
[0026]为了提高连通孔比例，进而突出上述效果，本专利技术还应用了“骨料多、浆料少”的配比思路，以提高铂原子负载纳米TiO2的沉积面积、光电材料与水和光的接触面积，有效保证了光电解水反应的充分进行，还保证了光电材料的有效利用率。
[0027]总之，本专利技术提出的混凝土可释放一定量氧气，有望缓解大气氧浓度持续下降的当前态势；结合CO2固定的碳矿化反应，该混凝土实现了人工光合作用。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0029]一种具有释氧功能的混凝土，包括光电材料、混凝土本体、贯穿设于混凝土本体中的光导纤维；
[0030]所述的混凝土本体中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配制铂负载纳米TiO2的光电材料悬浮液，将穿设有多个光导纤维的混凝土本体置于光电材料悬浮液中养护，得到具有释氧功能的混凝土。2.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的铂负载纳米TiO2，比表面积为10
‑
30m2/g。3.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的铂负载纳米TiO2中，铂含量为0.2～0.5wt％，纳米TiO2为金红石相TiO2。4.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的光电材料悬浮液中，铂负载纳米TiO2与水的质量比为(10～15):(1000～2000)。5.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的光导纤维阵列分布于混凝土本体上。6.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的光导纤维呈正方形阵列形式分布于混凝土本体上，相邻光导纤维间距为20
‑
30mm。7.根据权利要求1所述的一种具有释氧功能的混凝土的制备方法，其特征在于，所述的混凝土本体的制备方法包括以下步骤：S1：将多个光导纤维布设于模具内，并使光导纤维贯穿整个模具的成型腔；S2：将水泥、骨料、水与外加剂混合，得到新拌混凝土，并浇注于模具内，静置24小时后，得到混凝土本体。8.根据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建庄，叶涛华，陈作锋，巩帅奇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：