專利名稱：光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及光催化技術領域，更具體地說，涉及一種光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，人類生存環境的污染情況日趨嚴重，例如，汽車尾氣排放出大量的有害有機物及氮氧化物，室內裝飾材料也揮發出大量的有害有機物，給人們的生命健康帶來了巨大威脅，因此，開發高效、環保、無二次污染的環保材料是有效治理空氣污染的關鍵。作為一種常用的工程材料，水泥基材料逐漸向高性能和多功能的方向發展，如保溫隔熱、輕質高強等。目前，開發既具有良好的施工操作、力學性能和耐久性能，又能光催化氧化大氣中的污染氣體、環保的水泥基材料是當前研究的熱點。目前，光催化水泥基材料是由水泥和TiO2組成一種新型功能材料。TiA在紫外光的照射下能將室內的甲醛、甲苯、二甲苯等徹底分解成無害的(X)2和H2O,將室外的氮氧化物氧化為硝酸，在環境凈化方面有廣泛的應用前景。申請號為2009101M677. X的中國專利文獻報道了一種水泥基材料用光催化外加劑的制備方法，該方法先將納米二氧化鈦混晶與活性炭按重量比1 1 2混料1 池， 將得到活性炭負載后的納米光催化材料和可再分散乳膠粉、減水劑和聚丙烯纖維按重量比 1 0.2 0.3 0.04 0.06 0. 04 0. 06的比例繼續混料1 2h。該方法中，由于采用的二氧化鈦的光生電子-空穴對的再復合效率高，光催化性能不突出；并且，由于二氧化鈦的禁帶寬度較寬，例如銳鈦礦為3. &V，金紅石為3. OeV，僅能吸收太陽光中波長小于 380nm的紫外光，然而太陽光中的紫外光僅占3 5%，因此，太陽能利用率低，在可見光作用下光催化活性低。此外，該方法以活性炭作為載體，因此，二氧化鈦在水泥基材料中易團聚也無法有效地分散，并且，極易被水泥水化產物所包裹而失去良好的光催化性能。
發明內容
有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法，本發明制備的光催化水泥基材料在可見光作用下光催化活性較
尚ο本發明提供一種光催化水泥基材料的制備方法，包括提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑；將所述光催化劑與水泥混合，得到光催化水泥基材料。優選的，所述上轉換材料為Ει·α(11Υα99Α103。
優選的，所述Er(1.(11Yα99A103按如下方法制備將Er2O3和IO3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到EracilYa99AW315優選的，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比為1 1 3。優選的，所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比為 1 10 20。優選的，所述納米二氧化鈦為銳鈦礦型納米二氧化鈦。優選的，所述粉煤灰的粒徑為300目以上。本發明還提供一種光催化劑的制備方法，包括提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑。優選的，所述上轉換材料按如下方法制備將Er2O3和^O3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到上轉換材料。優選的，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比為1 1 3。優選的，所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比為 1 10 20。從上述的技術方案可以看出，本發明提供一種光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法，該方法將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，然后加熱、煅燒，得到光催化劑； 將所述光催化劑與水泥混合，得到光催化水泥基材料。由于上轉換材料可將可見光轉換成紫外光，因此，將上轉換材料與納米二氧化鈦復合，提高光催化水泥基材料的光催化效率。 此外，粉煤灰能夠提高二氧化鈦的比表面積，使TiO2更好的在水泥中分散，從而提高光催化水泥基材料的光催化效率。實驗結果表明，本發明制備的光催化水泥基材料對氮氧化物、 苯、甲醛等物質的分解率在80%以上。
具體實施例方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明公開了一種光催化水泥基材料的制備方法，包括提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑；將所述光催化劑與水泥混合，得到光催化水泥基材料。所述上轉換材料優選為EratllYa99AW3，所述EratllYa99AlO3優選按照硝酸_檸檬酸的方法制備，具體為將Er2O3和^O3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到EracilYa99AW315所述檸檬酸優選為固體檸檬酸，所述檸檬酸與Er、Y、Al離子的摩爾總量的比為 3 1。所述得到溶膠的溫度優選為80 90°C，更優選為85°C。本發明對所述加熱的方式并無特別限制，優選為水浴加熱。所述溶膠為淺黃色并具有粘性的物質。所述將溶膠烘干的溫度優選為Iio 150°C，更優選為130°c，所述烘干的時間為20 30小時，更優選為M 小時。所述將粉末材料煅燒的溫度優選為1000 1500°C，更優選為1200°C，所述煅燒的時間優選為1 5小時，更優選為2 4小時，最優選為2小時。本發明優選采用銳鈦礦型納米二氧化鈦。所述粉煤灰的粒徑優選為300目以上， 更優選為300 500目，最優選為300 400目。按照本發明，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比優選為1 1 3，更優選為1 2 3，最優選為1 2。所述納米二氧化鈦和粉煤灰混合的時間優選為1 5小時，更優選為2 4小時，最優選為2小時。所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比優選為1 10 20，更優選為 1 12 18，最優選為1 15。所述得到光催化劑的煅燒溫度優選為500 600°C，更優選為550 0C οTiO2在紫外光的照射下能將室內的甲醛、甲苯、二甲苯、等徹底分解成無害的(X)2 和H2O,將室外的氮氧化物氧化為硝酸，在環境凈化方面有廣泛的應用前景。上轉換材料可將光轉換成紫外光，從而提高TW2的光催化效率。此外，現有技術中以活性炭作為載體，不利于光催化水泥基材料的流動性能和力學性能，因此，本發明以粉煤灰為載體負載TiO2和上轉換材料，提高二氧化鈦的比表面積，使TW2更好的在水泥中分散，從而提高光催化水泥基材料的光催化效率。本發明還提供一種光催化劑的制備方法，包括提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑。所述上轉換材料優選為EratllYa99AW3，所述EratllYa99AlO3優選按照硝酸_檸檬酸的方法制備，具體為將Er2O3和^O3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到EracilYa99AW315所述檸檬酸優選為固體檸檬酸，所述檸檬酸與Er、Y、Al離子的摩爾總量的比為 3 1。所述得到溶膠的溫度優選為80 90°C，更優選為85°C。本發明對所述加熱的方式并無特別限制，優選為水浴加熱。所述溶膠為淺黃色并具有粘性的物質。所述將溶膠烘干的溫度優選為Iio 150°C，更優選為130°c，所述烘干的時間為20 30小時，更優選為M 小時。所述將粉末材料煅燒的溫度優選為1000 1500°C，更優選為1200°C，所述煅燒的時間優選為1 5小時，更優選為2 4小時，最優選為2小時。本發明優選采用銳鈦礦型納米二氧化鈦。所述粉煤灰的粒徑優選為300目以上， 更優選為300 500目，最優選為300 400目。按照本發明，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比優選為1 1 3，更優選為1 2 3，最優選為1 2。所述納米二氧化鈦和粉煤灰混合的時間優選為1 5小時，更優選為2 4小時，最優選為2小時。所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比優選為1 10 20，更優選為 1 12 18，最優選為1 15。所述得到光催化劑的煅燒溫度優選為500 600°C，更優選為550 0C ο本發明提供一種光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法，該方法將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，然后加熱、煅燒，得到光催化劑；將所述光催化劑與水泥混合， 得到光催化水泥基材料。由于上轉換材料可將可見光轉換成紫外光，因此，將上轉換材料與納米二氧化鈦復合，提高光催化水泥基材料的光催化效率。此外，粉煤灰能夠提高二氧化鈦的比表面積，使TiO2更好的在水泥中分散，從而提高光催化水泥基材料的光催化效率。為了進一步說明本發明的技術方案，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。實施例1將0. 19g 純度為 99. 99wt % 的 Er2O3 和 10. 39g 純度為 99. 99wt % 的 Y2O3 溶解于 12. 6ml硝酸中，得到硝酸釔溶液和硝酸鉺溶液，在攪拌條件下將硝酸鋁溶液與硝酸釔溶液、 硝酸鉺溶液混合，得到混合溶液；將固體檸檬酸加入到所述混合溶液中，其中，檸檬酸鹽和Er、Y和Al離子的總摩爾比是3 1，然后在85°C水浴中蒸發，直到產生淺黃色的、粘性的溶膠；將所述溶膠在130°C的烘箱中烘干Mh，然后將其研成粉末，將研磨后的粉末在管式爐中1200°C灼燒兩個小時，得到EratllYa99AlO3 ；將銳鈦礦型納米二氧化鈦與粒徑為300目的粉煤灰按質量比1 2混合2小時， 得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；采用超聲法將所述EratllYa99AlO3和所述負載后的納米二氧化鈦的以質量比 1 15復合，得到復合物，將得到的復合物放到坩堝中并放入馬弗爐中加熱，然后放在 100°C干燥Mh，研磨后放在馬弗爐中升溫550°C煅燒50分鐘，得到光催化劑；將所述光催化劑和硅酸鹽水泥、水、砂、石以質量比1 10 3 8 15混合，得到光催化水泥基材料，標準養護12天后氣干2天。將所述光催化水泥基材料在太陽光的照射下，在二氧化氮濃度為25ppm時，光照時間為2小時，對汽車尾氣中氮氧化物的分解率達到80%以上。實施例2采用實施例1中的方法制備得到EratllYa99AlO3 ；將銳鈦礦型納米二氧化鈦與粒徑為320目的粉煤灰按質量比1 2混合2小時，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；采用超聲法將所述EratllYa99AlO3和負載后的二氧化鈦的以質量比1 15復合，得到復合物，將得到的復合物放到坩堝中并放入馬弗爐中加熱，然后放在100°C干燥24h后， 研磨后放在馬弗爐中升溫550°C煅燒50分鐘，得到光催化劑；將所述光催化劑和硅酸鹽水泥、水、砂、石以質量比1 10 3 8 15混合，制成光催化水泥基材料，標準養護12天后氣干2天。將所述光催化水泥基材料在太陽光的照射下，在工業廢水中苯的濃度為10mg/L 時，照射時間為2小時，對苯的降解率達到80%以上。實施例3采用實施例1中的方法制備得到EratllYa99AlO3 ；將銳鈦礦型納米二氧化鈦與粒徑為310目的粉煤灰按質量比1 3充分混合2小時，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；采用超聲法將所述EratllYa99AlO3和所述負載后的二氧化鈦的以質量比1 10充分復合，得到復合物，將得到的復合物放到坩堝中并放入馬弗爐中加熱，然后放在100°c干燥24h后，研磨后放在馬弗爐中升溫550°C煅燒50分鐘，得到光催化劑；將所述光催化劑和硅酸鹽白水泥、水、涂料以質量比1 20 3 8:混合，制成光催化水泥基材料，標準養護18天。將所述光催化水泥基材料在室內燈光的照射下，不斷的通入甲醛，與不刷光催化水泥相比，室內甲醛、苯等有機物的分解率提高85 %以上。實施例4采用實施例1中的方法制備得到EratllYa99AlO3 ；將銳鈦礦型納米二氧化鈦與粉煤灰按質量比1 2充分混合2小時，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；采用超聲法將所述EratllYa99AlO3和所述負載后的二氧化鈦的以質量比1 10復合，將得到的復合物放到坩堝中并放入馬弗爐中加熱，然后放在100°c干燥24h后，研磨后放在馬弗爐中升溫550°C煅燒50分鐘，得到光催化劑；將所述光催化劑和硅酸鹽白水泥、水、涂料以質量比1 20 3 8:混合，制成光催化水泥基材料，標準養護18天。將所述光催化水泥基材料在室內燈光的照射下，不斷的通入甲醛，與不刷光催化水泥相比，室內甲醛、苯等有機物的分解率提高80%以上從上述實施例可以看出，本發明制備的光催化水泥基材料對氮氧化物、苯、甲醛等物質的分解率在80%以上，因此，本發明制備的光催化水泥基材料在可見光作用下光催化活性較高。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種光催化水泥基材料的制備方法，其特征在于，包括 提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦； 將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑；將所述光催化劑與水泥混合，得到光催化水泥基材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述上轉換材料為EratllYa99AW315
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述EratllYa99AW3按如下方法制備 將Er2O3和IO3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到EracilYa99AW315
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比為1 1 3。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比為1 10 20。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化鈦為銳鈦礦型納米二氧化鈦。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粉煤灰的粒徑為300目以上。
8.一種光催化劑的制備方法，其特征在于，包括 提供上轉換材料；將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦； 將所述上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，得到復合物，將所述復合物加熱、煅燒，得到光催化劑。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述上轉換材料按如下方法制備 將Er2O3和IO3溶解于硝酸中，在攪拌條件下加入硝酸鋁，得到混合溶液；將檸檬酸加入所述混合溶液中，加熱，得到溶膠；將所述溶膠烘干，研磨，得到粉末材料，將所述粉末材料煅燒，得到上轉換材料。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化鈦和所述粉煤灰的質量比為1 1 3。
11.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述上轉換材料和所述粉煤灰負載后的納米二氧化鈦的質量比為1 10 20。
全文摘要
本發明實施例公開了一種光催化水泥基材料的制備方法和光催化劑的制備方法，該方法將納米二氧化鈦和粉煤灰混合，得到粉煤灰負載后的納米二氧化鈦；將上轉換材料和粉煤灰負載后的納米二氧化鈦復合，然后加熱、煅燒，得到光催化劑；將所述光催化劑與水泥混合，得到光催化水泥基材料。由于上轉換材料可將可見光轉換成紫外光，因此，將上轉換材料與納米二氧化鈦復合，提高光催化水泥基材料的光催化效率。此外，粉煤灰能夠提高二氧化鈦的比表面積，使TiO2更好的在水泥中分散，從而提高光催化水泥基材料的光催化效率。實驗結果表明，本發明制備的光催化水泥基材料對氮氧化物、苯、甲醛等物質的分解率在80％以上。
文檔編號C04B28/00GK102153318SQ20101058402
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者朱化雨, 李成武, 趙洪義 申請人:山東宏藝科技股份有限公司