用于混凝土的固碳-光净治霾涂层及其制备和涂装方法

本发明涉及自净涂层，更具体而言，涉及用于混凝土的固碳-光净治霾涂层及其制备和涂装方法。

背景技术：

1、近年来，温室效应的加剧，二氧化碳排放量的持续上升，资源衰竭和气候变暖对经济发展的制约也愈发明显。完善碳捕获封存减排技术路线的意义重大。“吸收-矿化”co2技术将成为极具潜力的技术选择。与此同时，随着将“pm2.5与臭氧污染协同防治”作为未来的重点工作方向，致霾污染物治理显得尤为重要。工业燃煤、生物质燃烧及汽车尾气等的排放，产生了大量的氮氧化物(nox，x=1,2,no 占95%)。no是形成二次有机气溶胶的重要前体物之一，而二次有机气溶胶的形成会导致灰霾的产生，造成酸雨光化学烟雾的形成，进一步导致臭氧等二次污染物的排放，造成严重的环境危害，同时还会对人类的皮肤及呼吸系统产生强烈刺激及伤害。光催化技术是是利用光能进行物质转化的一种方式，是物质在光和催化剂共同作用下所进行的化学反应，可以将光催化理解成光合作用的逆反应，具有能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点，用于降解有机、无机污染物，对能源短缺和环境恶化等问题具有重大意义。

2、在煤炭产业中，我国每年在发电过程中排放粉煤灰8亿吨。粉煤灰置于大气环境中极易对大气环境、水质造成严重污染。因此，以粉煤灰为主要原料，同时吸收-矿化co2制备光催化涂层可有效解决粉煤灰堆积问题、二氧化碳和氮氧化物排放问题和防腐涂层成本昂贵等问题。与此同时，利用水和各种清洁剂来清洁涂层表面的过程中，不可避免的会出现划痕。这会使得内部基材遭到破坏沾染灰尘，在重复清洗的过程中，降低基材的使用寿命。因此具有超疏水性能的防污防腐涂层成为近年来的研究热点。

3、发明公开号cn110540768a，名称为一种混凝土防腐涂层及其制备方法，利用多巴胺溶液对混凝土进行修饰改性，在混凝土表面形成改性诱导层；得到的混凝土和阳离子矿化剂溶液进行螯合反应后，再和阴离子矿化剂溶液进行矿化反应，在混凝土改性诱导层表面生成仿生矿化层；最后对混凝土进行硅烷乙醇溶液进行硅烷化处理。制备的混凝土防腐涂层结构缺陷少，同时具有优良的疏水、防水性能及耐磨性能。该混凝土防腐涂层制备工艺复杂，引入矿化阴离子co32-或sio32-,而非直接利用co2。实用新型公开号cn208136105u，名称为无溶剂混凝土防腐涂层结构，无溶剂混凝土防腐涂层结构由两层结构组成，由内到外依次为环氧底涂和有机硅防护层。两层涂层均不含溶剂，环保无污染；有机硅涂层耐候性良好，简化涂层结构，提高了施工效率；弹性有机硅涂层能够适应混凝土基材变形，具有优异的防腐性能。但由于原料成本较高，无法大规模应用。因此，需要设计一种经济有效的固定co2的光净治霾自清洁涂层，减少co2排放、环境污染的同时降低生产成本。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个方面的目的在于，提供一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层，所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的成膜物质和超细固废颗粒；面涂包括够吸收固定co2的有机胺类物质、光催化固定致霾污染物的光催化颗粒和超疏水的低表面能聚合物，其中光催化颗粒在涂层表面形成具有微纳双尺度的粗糙结构。

2、本发明的另一个方面的目的在于，提供一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：

3、s1.底涂的制备：将成膜物质与固化剂ⅰ按照比例加入容器中，加入无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解后，加入超细固废颗粒，再次置于磁力搅拌器上搅拌，搅拌完成制得该涂层底涂；

4、s2.面涂的制备：将低表面能聚合物与固化剂ⅱ按照比例加入烧杯中，加入乙酸丁酯溶解，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解，加入光催化颗粒和有机胺，再次用磁力搅拌器搅拌均匀溶解，搅拌完成制得该涂层面涂。

5、优选的，所述s1中成膜物质是苯丙乳液、环氧树脂、聚氨酯树脂、氨基树脂或纤维素；固化剂ⅰ为胺类固化剂、酸酐类固化剂、酸类固化剂中的一种；成膜物质、固化剂ⅰ和无水乙醇的质量比为10:1:200-300。

6、优选的，所述s1中超细固废颗粒为煤粉炉粉煤灰、流化床粉煤灰、钢渣粉、矿渣、草木灰或秸秆灰固废中的一种或多种组合；所述超细固废颗粒粒径为0.1微米-40微米。

7、优选的，所述s1中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30min。

8、优选的，所述s1中成膜物质和超细固废颗粒的质量比为1：1-2。

9、优选的，所述s2中低表面能聚合物为聚二甲基硅氧烷（pdms），十六烷基三甲氧基硅烷（hdtms）或其他硅烷偶联剂中的一种或多种组合；固化剂ⅱ为某些低表面能聚合物配套的固化剂，如道康宁dc184等；低表面能聚合物、固化剂ⅱ和乙酸丁酯的10：1：200-300。

10、优选的，所述s2中光催化颗粒为铁、钛、铋基复合物、钙钛矿或其他具有光催化效果的颗粒（优选纳米级别）中的一种或多种组合；有机胺作为co2的吸收剂，有机胺为单乙醇胺（mea）、异氟尔酮二胺（ipda3-(氨甲基)-3,5,5-三甲基环己胺），n－甲基二乙醇胺(mdea)、空间位阻胺( amp)中的一种或多种组合；低表面能聚合物、光催化颗粒和有机胺的质量比为1-5:5-25:9。

11、优选的，所述s2中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30min。

12、本发明的再一个方面的目的在于，提供一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的涂装方法，所述涂装方法为在混凝土材料表面喷一层底涂，在80℃下干燥两小时后，在底涂表面喷一层面涂，同样在80℃下干燥两小时后即形成固碳-光净治霾涂层。

13、本发明所具有的有益效果如下：

14、本发明提供了一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层及其制备和涂装方法，超疏水涂层的填料使用固体废弃物颗粒，既可以降低成本，又可以变废为宝；光催化颗粒可以有效的降解环境中的氮氧化物；涂层的自清洁性能可以使硝酸根等物质随雨水离开涂层表面，暴露出被遮蔽的活性位点，保证涂层的稳定性；有机胺吸收剂可以吸收环境中的co2；底涂和面涂协同构造出具有微纳粗糙结构和较强机械性能的类荷叶超疏水结构；以低表面能聚合物为疏水改性剂，避免了含氟物质的使用，使得所述涂料具有环境友好性。本发明的固定co2的固废基光净治霾自清洁涂层制作步骤简单，易于控制，利于大规模的工业化生产，涂装方法简单，易于推广。

15、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层，其特征在于：所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的成膜物质和超细固废颗粒；面涂包括够吸收固定co2的有机胺类物质、光催化固定致霾污染物的光催化颗粒和超疏水的低表面能聚合物。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中成膜物质是苯丙乳液、环氧树脂、聚氨酯树脂、氨基树脂或纤维素；固化剂ⅰ为胺类固化剂、酸酐类固化剂、酸类固化剂中的一种；成膜物质、固化剂ⅰ和无水乙醇的质量比为10:1:200-300。

4.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中超细固废颗粒为煤粉炉粉煤灰、流化床粉煤灰、钢渣粉、矿渣、草木灰或秸秆灰固废中的一种或多种组合；所述超细固废颗粒粒径为0.1微米-40微米。

5.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30min。

6.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s1中成膜物质和超细固废颗粒的质量比为1：1-2。

7.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s2中低表面能聚合物为聚二甲基硅氧烷，十六烷基三甲氧基硅烷或其他硅烷偶联剂中的一种或多种组合；固化剂ⅱ为某些低表面能聚合物配套的固化剂；低表面能聚合物、固化剂ⅱ和乙酸丁酯的质量比为10：1：200-300。

8.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s2中光催化颗粒为铁、钛、铋基复合物、钙钛矿或其他具有光催化效果的颗粒中的一种或多种组合；有机胺为单乙醇胺、异氟尔酮二胺，n－甲基二乙醇胺、空间位阻胺中的一种或多种组合；低表面能聚合物、光催化颗粒和有机胺的质量比为1-5:5-25:9。

9.根据权利要求2所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的制备方法，其特征在于：所述s2中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30min。

10.根据权利要求1所述的一种用于混凝土的固碳-光净治霾涂层的涂装方法，其特征在于：所述涂装方法为在混凝土材料表面喷一层底涂，在80℃下干燥两小时后，在底涂表面喷一层面涂，同样在80℃下干燥两小时后即形成固碳-光净治霾涂层。

技术总结
本发明涉及自净涂层技术领域，更具体而言，涉及用于混凝土的固碳‑光净治霾涂层及其制备和涂装方法。所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的成膜物质和超细固废颗粒；面涂包括够吸收固定CO<subgt;2</subgt;的有机胺类物质、光催化固定致霾污染物的光催化颗粒和超疏水的低表面能聚合物。本发明底涂和面涂协同构造出具有微纳粗糙结构和较强机械性能的类荷叶超疏水结构；以低表面能聚合物为疏水改性剂，避免了含氟物质的使用，使得所述涂料具有环境友好性。本发明的固定CO<subgt;2</subgt;的固废基光净治霾自清洁涂层制作步骤简单，易于控制，利于大规模的工业化生产，涂装方法简单，易于推广。

技术研发人员：宋慧平,宋伟涛,张世蕊,张丽娜,程芳琴,程淑艳,冯政君,丁丹婧
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27