专利名称：多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及新型功能建筑材料技术领域，具体涉及一种多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济与城镇化的快速发展，空气环境污染问题日益严重，据统计，截至2011年，我国机动车总量已达2. 2亿辆，机动车排放物总量超过5600万吨，其中汽车尾气排放的N0X、PM超过大气中此类污染总量的85%，CH与CO超过大气中此类污染总量的70%。此外，室内空气污染问题也尤为突出，室内空气中有害气体的浓度约是室外的2-3倍以上，这类有害气体主要包括甲醛、氡气、苯系物及挥发性有机物等，给人们的生活及身体健康带来了极大危害。多孔水泥基材料作为一种新型无机建筑功能材料，具有轻质、隔热保温、防火等功能，最重要的是其具备极大内比表面积和丰富的孔隙结构，依据表面与界面理论和介质扩散理论，多孔水泥基材料的孔隙结构能吸附大量的有害气体，而由于多孔水泥基材料不具备对有害气体的降解能力，其处理有害气体能力很容易达到饱和。此外，多孔水泥基材料对有害气体的吸附能力与其孔隙率、孔径大小及孔的连通程度存在很大关联。目前，光催化材料与水泥基材料复合技术的报道表明，主要是制备孔隙率小的水泥基材料，一般是将光催化剂与水泥原料进行共混制备，这样不仅造成了大量的光催化材料被水泥水化物质所包裹失去了光催化活性，而且由于水泥基体内部光催化材料不能接触到光源,也使材料整体光催化活性较低,此外，由于水泥基材料的密实性,对有害气体、液体的吸附性能很薄弱，也不利于提高材料的光催化活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其在光照条件下可以持续、高效地降解大气及水体中污染物。本发明的另一目的在于提供一种多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法。为了解决上述提出的问题，本发明的技术方案是
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁水溶液、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成，其配比以氧化镁重量份为基准计为活性含量60% 65%轻烧氧化镁100份，质量浓度为22% 31%的氯化镁水溶液60 200份，掺合料O 30份，发泡剂O. 2 5份，光催化剂I 20份，质量浓度为85%的磷酸O.1 I份。按上述方案，优选的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁水溶液、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成，其配比以氧化镁重量份为基准计为活性含量60% 65%轻烧氧化镁100份，质量浓度为23% 30%的氯化镁水溶液66 155份，掺合料5 20份，发泡剂O. 2 5份，光催化剂5 20份，质量浓度为85%的磷酸O.1 I份。
按上述方案，所述掺合料为粉煤灰、二氧化娃粉或者娃灰中的任意一种，BET比表面积检测法检测比表面积大于400m2/kg。按上述方案，所述发泡剂为动物蛋白型发泡剂、表面活性剂类发泡剂、复合型发泡剂中的任意一种。按上述方案，所述光催化剂为活性TiO2粉体或活性TiO2溶胶中的任意一种，为锐钛矿晶型或金红石/锐钛矿混合晶型。按上述方案，所述活性TiO2溶胶的固含量为1% 20%。本发明所述多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤 (1)准备原料按重量份数准备轻烧氧化镁100份，质量浓度为22% 31%的氯化镁水溶液60 200份，掺合料O 30份，发泡剂O. 2 5份，光催化剂I 20份，质量浓度为85%的磷酸O.1 I份，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合3 5min，所得混合料备用；
(3)将光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时以上，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将发泡剂与水按照质量比1:(30 100)混合后灌入发泡筒中，以1000 3000转/分钟的速度搅拌5 10分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到所需容重为
止;
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。按上述方案，所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下
Ca)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂中超声处理O. 5h以上，取出后于65°C 105°C烘干得材料A，备用；
(b)将光催化剂加入任意比例的无水乙醇水溶液中，配制成浓度为I 10g/L的混合液，超声分散半小时以上得溶液B，备用；
(c)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载O 24h，取出负载后的材料，于65°C 105°C烘干，即得高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。按上述方案，步骤(a)中所述界面处理剂为氢氧化钠溶液、硅溶胶中的任意一种，氢氧化钠溶液浓度10_，KT1moVL,硅溶胶固含量为5°/Γ40%。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(1)本发明所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在光照条件下可以持续、高效地降解大气中污染物，具有净化大气中有害污染物功能，环境友好，且对环境无二次污染；
(2)本发明的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，相比于普通硅酸盐多孔水泥基材料，其具备更大内比表面和更丰富细小孔结构，能显著提高材料的保温隔热、隔音等功能；
(3)本发明的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，对有害气体吸附量大，有利于提高光催化剂的利用率；
(4)本发明采用粉煤灰、硅灰和二氧化硅粉作为掺合料，一方面改善多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的反卤和泛白性能，另一方面能提高光催化材料的负载量，进而提高光催化活性；
(5)本发明加入磷酸，具备提高多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的耐水性优点；
(6)本发明对多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料进行表面光催化再负载处理，显著增强了材料的光催化活性；
(7)本发明利用界面处理剂对多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料进行界面活化处理，具备提高光催化材料负载耐久性和二次负载量的优点。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例，而是符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。实施例1:
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成,各组分按重量计为活度为65%的轻烧氧化镁96g,质量分数为31%的氯化镁水溶液57. 6g，动物蛋白型发泡剂3g，光催化剂(TiO2粉体，Degussa P25，金红石/锐钛矿混合晶型)4. 8g，质量分数为85%磷酸O. lg。多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤
(1)准备原料按上述配方准备原料，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合3min，所得混合料备用；
(3)光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将3g的动物蛋白型发泡剂与水以质量比为1:30配合后灌入发泡筒中，以1000转/分钟的速度搅拌10分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到容重700kg/m3；
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为387ppm丙酮的降解效率，经过SOmin的光催化降解，其降解效率可达45%以上。实施例2:
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成,各组分按重量计为活度为60%的轻烧氧化镁96g,质量分数为22%的氯化镁水溶液208g，比表面积为406 m2/kg的粉煤灰掺合料28. 8g，复合型发泡剂lg，光催化剂(TiO2粉体，Degussa P25，金红石/锐钛矿混合晶型)0. 96g，质量分数为85%磷酸O. lg。多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤
(1)准备原料按上述配方准备原料，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合5min，所得混合料备用；
(3)光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散一小时，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将Ig的复合型发泡剂与水以质量比为1:30配合后灌入发泡筒中，以3000转/分钟的速度搅拌5分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到容重500kg/m3；
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下
Ca)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂(10_4mol/L氢氧化钠溶液)中超声处理O. 5h，取出后置于65°C烘箱中烘干得材料A，备用；
(b)将光催化剂(TiO2粉体，DegussaP25，金红石/锐钛矿混合晶型)加入无水乙醇水 溶液(体积分数95%)中，配制成浓度为lg/L的混合液，超声分散半小时得溶液B，备用；
(c)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载30min，取出负载后的产物，于65°C烘干，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为402ppm丙酮的降解效率，经过40min的光催化降解，其降解效率可达50%以上。实施例3
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成,各组分按重量计为活度为65%的轻烧氧化镁120g,质量分数为27. 4%的氯化镁水溶液134. 4g，比表面积为20000 m2/kg的硅灰掺合料12g，表面活性剂类发泡剂Ig,光催化剂(TiO2溶胶，固含量20%，锐钛矿晶型)72g，质量分数为85%磷酸O. 6g。多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤
(1)准备原料按上述配方准备原料，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合4min，所得混合料备用；
(3)光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将Ig的表面活性剂类发泡剂与水以质量比为1:100配合后灌入发泡筒中，以2000转/分钟的速度搅拌8分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到容重1000kg/m3；
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下
Ca)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂(lO^mol/L氢氧化钠溶液)中超声处理lh，取出后置于105°C烘箱中烘干得材料A，备用；
(b)将光催化剂(TiO2溶胶，固含量1%，锐钛矿晶型)加入无水乙醇水溶液(体积分数95%)中，配制成浓度为lg/L的混合液，超声分散半小时得溶液B，备用；
(c)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载12h，取出负载后的产物，于105°C烘干，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为413ppm丙酮的降解效率，经过65min的光催化降解，其降解效率可达50%以上。实施例4
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成,各组分按重量计为活度为65%的轻烧氧化镁120g,质量分数为30. 6%的氯化镁水溶液120. 48g，比表面积为10000 m2/kg的二氧化硅粉掺合料6g，复合型发泡剂3g，光催化剂(TiO2溶胶，固含量20%，锐钛矿晶型)72g，质量分数为85%磷酸1. 2g。多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤
(1)准备原料按上述配方准备原料，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合5min，所得混合料备用；
(3)光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将3g的复合型发泡剂与水以质量比为1:50配合后灌入发泡筒中，以2000转/分钟的速度搅拌10分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到容重300kg/m3；
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下
Ca)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂(硅溶胶，固含量5%)中超声处理lh，取出后置于85°C烘箱中烘干得材料A，备用；
(b)将光催化剂(TiO2溶胶，固含量10%，锐钛矿晶型)加入无水乙醇水溶液(体积分数95%)中，配制成浓度为10g/L的混合液，超声分散半小时得溶液B，备用；
(c)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载24h，取出负载后的产物，于85°C烘干，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为397ppm丙酮的降解效率，经过60min的光催化降解，其降解效率可达85%以上。实施例5
多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，它是由轻烧氧化镁、氯化镁、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成,各组分按重量计为活度为65%的轻烧氧化镁140g,质量分数为30. 6%的氯化镁水溶液88g，动物蛋白型发泡剂3g，光催化剂(TiO2粉体，Degussa P25，金红石/锐钛矿混合晶型)14g，质量分数为85%磷酸1. 4g。多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，包括如下步骤
(1)准备原料按上述配方准备原料，备用；
(2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合5min，所得混合料备用；
(3)光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀；
(4)将3g的动物蛋白型发泡剂与水以质量比为1:30配合后灌入发泡筒中，以2000转/分钟的速度搅拌10分钟发泡，得均匀泡沫，备用；
(5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到容重150kg/m3；
(6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下
(a)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂(硅溶胶，固含量40%)中超声处理lh，取出后置于65°C烘箱中烘干得材料A，备用；
(b)将光催化剂(TiO2粉体，DegussaP25，金红石/锐钛矿混合晶型)加入无水乙醇水溶液(体积分数95%)中，配制成浓度为10g/L的混合液，超声分散半小时得溶液B，备用；
(c)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载24h，取出负载后的产物，于65°C烘干，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为411ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达95%以上。实施例6
具体制备方法与实施例5基本相同，不同之处在于步骤(a)中界面处理剂(硅溶胶，固含量40%)由界面处理剂(硅溶胶，固含量20%)替代。以125W荧光高压汞灯(飞利浦GYZ125E)为光源，气相色谱仪(GC 9650)为测试设备，测试直径为50mm的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料在容积为7. 2L密闭容器中对浓度为407ppm丙酮的降解效率，经过50min的光催化降解，其降解效率可达90%以上。
权利要求
1.多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于它是由轻烧氧化镁、氯化镁水溶液、发泡剂、光催化剂、掺合料和磷酸制备而成，其配比以氧化镁重量份为基准计为活性含量60% 65%轻烧氧化镁100份，质量浓度为22% 31%的氯化镁水溶液60 200份，掺合料0 30份，发泡剂0. 2 5份，光催化剂I 20份，质量浓度为85%的磷酸0.1 I份。
2.根据权利要求1所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于它的配比以氧化镁重量份为基准计为活性含量60% 65%轻烧氧化镁100份，质量浓度为23% 30%的氯化镁水溶液66 155份，掺合料5 20份，发泡剂0. 2 5份，光催化剂5 20份，质量浓度为85%的磷酸0.1 I份。
3.根据权利要求1所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于所述掺合料为粉煤灰、二氧化娃粉或者娃灰中的任意一种，BET比表面积检测法检测比表面积大于400m2/kg。
4.根据权利要求1所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于所述发泡剂为动物蛋白型发泡剂、表面活性剂类发泡剂、复合型发泡剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于所述光催化剂为活性TiO2粉体或活性TiO2溶胶中任意一种，为锐钛矿晶型或金红石/锐钛矿混合晶型。
6.根据权利要求1或5所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于所述活性TiO2溶胶的固含量为1% 20%。
7.权利要求1所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)准备原料按重量份数准备轻烧氧化镁100份，质量浓度为22% 31%的氯化镁水溶液60 200份，掺合料0 30份，发泡剂0. 2 5份，光催化剂I 20份，质量浓度为85%的磷酸0.1 I份，备用； (2)将轻烧氧化镁、掺合料搅拌混合3 5min，所得混合料备用； (3)将光催化剂和磷酸加入到氯化镁水溶液中，超声分散半小时以上，使其均匀分散，所得混合溶液加入到步骤(2)的混合料中，边加边搅拌，使浆体混合均匀； (4)将发泡剂与水按照质量比1:(30 100)混合后灌入发泡筒中，以1000 3000转/分钟的速度搅拌5 10分钟发泡，得均匀泡沫，备用； (5)将步骤(4)制备好的泡沫加入到步骤(3)所得浆体中搅拌均匀，直到所需容重为止; (6)将经步骤(5)处理的浆体浇筑到预先准备的磨具中成型养护，即得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。
8.根据权利要求7所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料的制备方法，其特征在于所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料经过如下处理，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，步骤如下 Ca)将所得多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料置于界面处理剂中超声处理0. 5h以上，取出后于65°C 105°C烘干得材料A，备用； (b)将光催化剂加入任意比例的无水乙醇水溶液中，配制成浓度为I 10g/L的混合液，超声分散半小时以上得溶液B，备用；(C)将材料A加入到溶液B中，溶液B的量以浸没材料A为准，超声负载O 24h，取出负载后的材料，于65°C 105°C烘干，即得到高活性多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料。
9.根据权利要求7或8所述的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料，其特征在于步骤(a)中所述界面处理剂为氢氧化钠溶液、硅溶胶中的任意一种，氢氧化钠溶液浓度I(T4 IO^iiol/L，硅溶胶固含量为5% 40%。
全文摘要
本发明公开了一种多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料及其制备方法。本发明的多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料是由活性含量60%～65%轻烧氧化镁100份，质量浓度为22%～31%的氯化镁水溶液60～200份，掺合料0～30份，发泡剂0.2～5份，光催化剂1～20份，质量浓度为85%的磷酸0.1～1份制备而成。本发明的优点是利用多孔氯氧镁水泥的特点及结合二次负载，显著提高多孔氯氧镁水泥基光催化功能材料对大气中有害污染物的降解能力，具有保温隔热及环境净化方面的综合能力。
文档编号B01J35/10GK102989523SQ20121054707
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者王发洲, 杨露, 胡曙光, 丁庆军, 关凌岳, 董跃 申请人:武汉理工大学