[發明專利]一種納米玻璃纖維增強混凝土材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811100960.X
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN108947365A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 王雯璐
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B20/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 李振瑞

本發明公開了一種納米玻璃纖維增強混凝土材料及其制備方法，屬于納米光催化建筑材料技術領域，包括：(1)納米TiO₂的改性；(2)改性納米TiO₂光催化劑的分散；(3)面層料的制備；(4)主體層料的制備；(5)納米玻璃纖維增強混凝土材料的制備；本發明制備的混凝土材料，具有優異的光催化性能，能夠有效地降解汽車尾氣中的有害物質，對大氣污染治理具有重要的作用和意義。

技術領域

本發明屬于納米光催化建筑材料技術領域，具體涉及一種納米玻璃纖維增強混凝土材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會經濟的不斷發展，大氣污染問題成為關系人類健康及生存的重要問題之一。汽車尾氣的大量排放是大氣污染的主要原因，隨著汽車數量的日益增多，尾氣排放量也日益增多，如何有效地控制汽車尾氣成為大氣污染治理的重要內容。

研究表明TiO₂作為一種重要的無機半導體材料，在能源和環境方面發揮著重要的作用，以混凝土作為載體負載TiO₂，利用TiO₂在光催化作用下能夠與空氣中氮氧化物、SO₂等有害物質反應，是實現汽車尾氣無污染處理的一項重要手段。目前利用TiO₂在混凝土中的應用大致分為兩種：(1)通過內摻法在混凝土中引入TiO₂，該方法容易導致TiO₂納米顆粒團聚，且由于TiO₂價格較貴，使用該方法容易造成浪費，提高成本；(2)在已成型的混凝土基材表面進行噴涂處理，使得TiO₂顆粒粘附于混凝土基材上，該方法可有效地降低TiO₂使用量，但是隨著混凝土的磨損，造成TiO₂含量降低，且TiO₂涂層和混凝土之間結合較差，涂層容易從混凝土基材上掉落，降低光催化效果。

另外，TiO₂雖然是常見的光催化劑，但由于其具有較大的能帶隙，只能對紫外線有響應，同時光生電子一空穴對容易復核，光量子效率低，極大地限制了TiO₂在實際中的應用效果。

因此，研究一種具有高效光催化效果且經濟耐用的混凝土材料對于降低汽車尾氣污染是非常有必要的。

發明內容

本發明提供了一種納米玻璃纖維增強混凝土材料及其制備方法，解決了上述問題，本發明是通過如下技術方案來實現的。

本發明以石墨為原料制備石墨烯，并通過石墨烯改性TiO₂納米顆粒，提高TiO₂光催化性能，將改性納米TiO₂光催化劑與粘結劑、玻璃纖維增強混凝土(GRC)水泥及其他骨料混合，制備面層料；將GRC水泥及其他骨料混合，制備主體層料；通過加壓振動方法，以主體層料為混凝土基材，在主體層料表面鋪設兩層含有改性納米TiO₂光催化劑的面層料，兩層面層料之間為一層不含改性納米TiO₂光催化劑的主體層料，制得納米玻璃纖維增強混凝土材料。

本發明目的提供一種納米玻璃纖維增強混凝土材料，所述納米玻璃纖維增強混凝土材料的制備方法包括以下步驟：

(1)納米TiO₂的改性：將石墨粉和硝酸鈉混合，在功率為100-200W下微波反應20-30min，自然冷卻至室溫，得到混合物Ⅰ；冰水浴下，將混合物Ⅰ加入至濃硫酸中，攪拌混合，加入高錳酸鉀，轉速3000r/min下攪拌20min，得到混合物Ⅱ；將混合物Ⅱ置于35℃環境中反應30-50min，加入質量濃度為30％的過氧化氫，至體系無氣泡產生，過濾，洗滌沉淀至pH為7，真空干燥，得到氧化石墨；按料液比1g:8mL將氧化石墨烯加入水中，超聲反應1h，得到混合物Ⅲ；在混合物Ⅲ中加入TiO₂，攪拌反應30min，之后150℃反應5h，冷卻至室溫，過濾，洗滌沉淀，真空干燥，得到改性納米TiO₂光催化劑；