[發明專利]可通過光催化降解氣體污染物的環保型人造骨料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310111528.1
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103214202A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 葉奮;吳懷睿;左鋒;王素英;黃運;徐驍龍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B14/04
• 分類號: C04B14/04;C04B14/06;C04B18/14;C04B18/16
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于環保型材料領域，具體涉及一種可通過光催化降解氣體污染物的環保型人造骨料及其制備方法。

背景技術

隨著全球經濟的高速發展，工業生產、汽車行駛、建筑裝飾裝修等過程中排放的氣體污染物引起的空氣污染問題日益嚴重。

氣體污染物主要成分包括CO（一氧化碳）、NO_x（氮氧化物，特別是?NO?和?NO₂）、SO_x（SO₂二氧化硫，SO₁一氧化硫）、HS（硫化氫）、未充分燃燒的HC（碳氫化合物）、顆粒物PM等。污染氣體會導致溫室效應、酸雨和城市光化學煙霧，并在土壤中形成有害物質的沉積。多數氣體污染物有毒性，并有致癌、致畸、致突變等作用，此外，氣體污染物還具有一定的生物積累性。人類長期直接接觸氣體污染物或間接接觸其生物累積產物，一方面可能導致急性中毒反應，另一方面，也會直接刺激人體呼吸道，降低呼吸系統的免疫力，致使包括呼吸系統在內的各部位腫瘤發病率升高。

為應對氣體污染物造成的問題，減小其危害，各國紛紛建立各種排放法規、排放標準，投入大量的資金和人力開展針對減排、控排方法的研究。這些措施在減少氣體污染物總體排放量方面獲得了一定的成效。但由于氣體污染物（尤其是汽車尾氣）的排放主要集中在人口稠密地區，因此減少排放的措施并不能使氣體污染物在大中型城市或人口聚集區的富集問題得到根本改觀。在這種情況下，具有分解氣體污染物功能的材料的應用越來越受到研究者的重視。

以TiO₂（二氧化鈦）和?Bi₂O₃（氧化鉍）為代表的一類金屬氧化物光催化劑，在自然光（紫外線）激發下，即可作為催化劑將氣體污染物的主要有害物質（CO、NO_x、SO₂、HC等）分解凈化成無毒、無害、中性的硝酸、碳酸或硫酸化合物。這類金屬氧化物光催化劑自身具備的安全、耐光化學腐蝕、無二次污染、無需附加能源（除太陽能外），不需通過再次處理即可長期保持較高的污染物凈化能力等優點。相關領域研究者對光催化劑在建筑和道路工程建設中的應用已進行了一些嘗試，大致可分為以下兩類：?

1.?將光催化材料與路面漆、有機溶劑或特定負載體混合，制成可分解氣體污染物的涂料，噴涂在道路設施表面，使其發揮降解氣體污染物的效果。中國專利CN200910185024.8公開的一種膠粉負載型路面汽車尾氣污染物降解復合材料的制備方法；中國專利CN201110105933.3公開的一種利用納米TiO₂分解汽車尾氣污染物的方法；中國專利CN200610063548.6，公開的一種摻加了TiO₂并能吸收分解汽車尾氣的路面涂層及其制備方法；中國專利CN200710144762.9公開的一種添加納米TiO₂的道面噴涂料的方法都屬于這類技術。這類噴涂類技術或產品，涂敷厚度小，抗磨耗性差，存在耐久性不足等問題。在交通荷載和環境氣候的共同作用下，具備光催化性的氣體污染物涂敷層將迅速磨耗，致使光催化劑大量流失，其氣體污染物的降解性能將會在短期內大幅下降甚至消失。

2.?將光催化劑直接混合在膠結料中，如混合在作為膠結料的瀝青、水泥或樹脂等基質中，依靠膠結材料外露的表面實現吸附和降解氣體污染物的作用。中國發明專利CN03131764.2給出的一種具有簡潔汽車尾氣功能的瀝青及其制備工藝即屬于這類技術。該發明涉及的處理機動車輛尾氣的機動車尾氣降解瀝青，包括納米TiO₂粉和瀝青，其中TiO₂含量為瀝青質量的5-15%。制備方法為，將占瀝青質量的5%-15%的納米TiO₂粉摻入150-180℃瀝青中并以不低于4000轉/分的速度攪拌至分散均勻。這類方法使得光催化劑粉體幾乎完全被分散和包裹于膠結料基質內部，光催化劑很難與氣體污染物充分接觸，導致光催化劑的降解效率較低。同時，類似于噴涂類產品，隨著道路結構表面的磨耗，骨料大量外露，光催化劑與污染氣體和激發能量（陽光）的接觸面將進一步減小，會嚴重阻礙光催化反應，降低氣體污染物的降解率。

此外，現有技術中多單獨采用未經改性的TiO₂等光催化劑，還存在以下不足：催化劑只能利用占太陽頻譜范圍4?%的紫外光部分，光譜響應范圍窄，對太陽能的有效利用率低；TiO₂等的固定化條件苛刻，難以在既保持高催化活性又滿足特定材料理化性能要求的前提下在不同材料表面均勻、牢固地負載。