一种抗雾霾光触媒复合建材骨料及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种抗雾霾光触媒复合建材骨料及其制备方法。

背景技术：

1、氮氧化物被联合国环境规划署宣布为危害全球的六种化学品之一。氮氧化物污染大气后会直接伤害人体的呼吸系统，有害于人体健康。但只要生物有机物中含有氮，燃烧时都会产生氮氧化物，因此在生产生活及交通运输中会产生很多的氮氧化物。一旦氮氧化物和细颗粒物等污染物的大量排放，超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾。雾霾天气会严重危害人体健康，因此对于大气污染物的治理至关重要。

2、光催化技术是1970年代以来一直在研究开发的新兴光化学技术，因其无毒、无害、无腐蚀性、可反复使用等一系列特点，被广泛应用于污染物的治理。光催化材料可在有特定频率光条件下直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染。另外，光催化材料还具有广谱性，美国环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通过光催化得到治理。随着研究的不断深入，其在建材方向的应用也在不断深入。

3、砂石和混凝土材料是城市建设与发展中使用量最大的基础建设材料，自清洁砂石和混凝土的使用可有效缓解当前城市环境与能源污染问题，据意大利研究每100平方光催化混凝土对环境的贡献相当于种植28棵树木，可为人们提供较为安全洁净的环境。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。

4、目前，应用于建材最广的光催化材料是纳米二氧化钛，纳米二氧化钛在紫外光条件下可进行光催化反应，可用于路面汽车尾气的去除。但现有技术中的光催化材料在可见光下响应能力不足，光催化效率较低并且对于污染物的吸附能力较差。

5、因此，目前亟需一种在可见光下具有足够的响应能力，光催化效率高并且可以有效吸附污染物的抗雾霾光触媒复合建材骨料。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种在可见光下具有足够的响应能力，光催化效率高并且可以有效吸附污染物，粘附性好，可广泛应用于沥青瓦材料中的抗雾霾光触媒复合建材骨料及其制备方法。

2、技术方案：

3、一种抗雾霾光触媒复合建材骨料，包含无机陶瓷颜料、改性二氧化钛光触媒、粘结促进剂和填料；

4、所述改性二氧化钛光触媒通过二氧化钛掺杂铈元素和氧化钨并复合氧化石墨烯制得。

5、本发明中添加改性二氧化钛光触媒，其通过二氧化钛掺杂铈元素和氧化钨并复合氧化石墨烯制得，通过在二氧化钛基础上结合三种材料，通过材料之间优异的相容性和性能之间的互补，可以使二氧化钛在可见光范围内具有优异的响应能力，并提高光催化效率和吸附能力。

6、进一步地，所述改性二氧化钛光触媒通过以下步骤制备：

7、(1)氧化石墨烯分散液制备：将氧化石墨烯超声分散在n,n-二甲基甲酰胺中，制得氧化石墨烯分散液；

8、(2)六氯化钨溶液制备：将六氯化钨溶解于无水乙醇中，磁力搅拌制得六氯化钨溶液；

9、(3)在反应器中加入无水乙醇和硝酸铈后搅拌混合均匀，在搅拌下缓慢滴加四氯化钛，形成溶胶；

10、(4)将六氯化钨溶液、氧化石墨烯分散液和步骤(3)产物混合后转移至高压反应器中，升温至140-160℃，反应6-8小时后分离、洗涤、干燥、研磨制得所述改性二氧化钛光触媒。

11、本发明中添加改性二氧化钛光触媒，其在二氧化钛中掺杂稀土金属铈元素，可以促进电子-空穴的分离，使电子与空穴不易复合，从而显著提高二氧化钛的光催化效率；在二氧化钛中掺杂氧化钨，可以提高二氧化钛在可见光范围内的光化学活性，提高在光催化的响应范围和光催化效率；将二氧化钛与氧化石墨烯均匀、有效复合，一方面可以实现电子与空穴的有效分离，增强二氧化钛的光催化效率，另一方面通过氧化石墨烯巨大的比表面积，可以有效增强材料对空气污染物的吸附能力，提高处理效率。

12、进一步地，所述步骤(1)中氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.5-1mg/ml；所述步骤(2)中六氯化钨溶液的质量浓度为10-20mg/ml。

13、进一步地，所述步骤(3)中硝酸铈与四氯化钛的质量比为1：8-12。

14、进一步地，所述步骤(4)中产物的质量浓度为0.2-0.3g/ml；六氯化钨溶液、氧化石墨烯分散液和步骤(3)产物的体积比为(4-5)：(1-2)：(8-12)。

15、进一步地，所述填料选自玄武岩颗粒、云母颗粒、硅灰石颗粒或滑石颗粒中的至少一种。

16、进一步地，所述无机陶瓷颜料选自钴蓝、钴绿、钴黑、铜铬黑、钛镍黄或镉晒红中的至少一种。

17、进一步地，所述粘结促进剂选自氯丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

18、本发明中添加粘结促进剂，可以有效提高骨料组分和颜色的稳定性，并且使其与沥青具有优异的粘附能力，可广泛应用于沥青瓦材料中。

19、进一步地，按总质量分数为100％计，所述各组分的质量百分含量为：

20、无机陶瓷颜料            1-3％

21、改性二氧化钛光触媒      1-1.5％

22、粘结促进剂              0.5-1.5％

23、余量为填料。

24、上述任意一项抗雾霾光触媒复合建材骨料的制备方法，包括以下步骤：

25、(1)用搅拌机将填料与无机陶瓷颜料水剂充分混合后烘干，制得物料；

26、(2)将物料送入回转窑，在600-700℃下焙烧，制得彩砂；

27、(3)将彩砂送入混合机，在混合过程中将改性二氧化钛光触媒水剂喷淋到彩砂颗粒表面，充分混合后烘干，重新送入混合机，在混合过程中将粘合促进剂喷淋到物料颗粒表面，充分混合后烘干，制得所述抗雾霾光触媒复合建材骨料。

28、有益效果：

29、(1)本发明提供的抗雾霾光触媒复合建材骨料具有优异的光催化能力，可以有效吸附、处理空气污染物，具有抗雾霾能力。

30、(2)本发明提供的抗雾霾光触媒复合建材骨料中添加改性二氧化钛光触媒，其通过二氧化钛掺杂铈元素和氧化钨并复合氧化石墨烯制得，通过在二氧化钛基础上结合三种材料，通过材料之间优异的相容性和性能之间的互补，可以使二氧化钛在可见光范围内具有优异的响应能力，并提高光催化效率和吸附能力。

31、(3)本发明提供的抗雾霾光触媒复合建材骨料中添加改性二氧化钛光触媒，其在二氧化钛中掺杂稀土金属铈元素，可以促进电子-空穴的分离，使电子与空穴不易复合，从而显著提高二氧化钛的光催化效率；在二氧化钛中掺杂氧化钨，可以提高二氧化钛在可见光范围内的光化学活性，提高在光催化的响应范围和光催化效率；将二氧化钛与氧化石墨烯均匀、有效复合，一方面可以实现电子与空穴的有效分离，增强二氧化钛的光催化效率，另一方面通过氧化石墨烯巨大的比表面积，可以有效增强材料对空气污染物的吸附能力，提高处理效率。

32、(4)本发明提供的抗雾霾光触媒复合建材骨料中添加粘结促进剂，可以有效提高骨料组分和颜色的稳定性，并且使其与沥青具有优异的粘附能力，可广泛应用于沥青瓦材料中。