[發明專利]一種水泥基凈污涂層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110602328.0
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113318734A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 彭子凌;陳霞;周小國;周顯;惠二青;龐波;婁宗斌;王涌泉;謝博文;萬沙;陳文然;范澤宇;高卓凡;高志揚;呂興棟
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院;長江生態環保集團有限公司
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/02;C04B41/52;C09D1/00;C02F1/72;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本發明提供了一種水泥基凈污涂層材料及其制備方法，涉及環保建筑材料技術領域。本發明首先采用溶膠凝膠法制備Ag摻雜的納米TiO₂，通過Ag的摻雜拓寬納米TiO₂的光響應范圍，提高其光催化性能；其次，采用改進的法構筑核殼結構的納米Ag?TiO₂@SiO₂材料，該材料的殼層納米SiO₂可以防止Ag摻雜的納米TiO₂顆粒團聚，還能增強催化劑與水泥基材料之間粘接強度；再以水泥基材料為載體，制備Ag?TiO₂@SiO₂水泥基凈污涂層材料。本發明制得的凈污涂層材料不僅光催化性能優異、可高效地催化降解混凝土表面的有機物，而且與表層混凝土粘結牢固不易脫落。

技術領域

本發明涉及環保建筑材料技術領域，具體是一種水泥基凈污涂層材料及其制備方法。

背景技術

在綠色發展的新理念下，光催化降解技術以其能耗低、穩定性好、無二次污染等優勢成為環境凈化領域的重要發展方向之一。光催化混凝土作為一種綠色環保、無污染、無毒無害的建筑材料成為當前綠色建材的發展趨勢，目前，光催化涂層材料已大量運用于建筑外墻、內墻、道路混凝土等城市建材中。然而，傳統的光催化涂層材料的應用仍然存在一些問題，光催化材料難以與混凝土基體牢固結合，易從基層混凝土剝離、失效；大部分光催化材料仍是紫外光響應，在太陽光下難以充分發揮其光催化活性。

納米TiO₂以其光化學性能穩定、成本低廉、安全無毒等特點，被認為是現今最有前景的光催化劑，但其光催化性能低下。納米銀(Ag)催化和光電性能較好，在納米TiO₂光催化材料的改性方面具有顯著優勢。然而，納米Ag-TiO₂顆粒仍存在比表面積小、易團聚等問題。而納米SiO₂的結構穩定、具有多孔性，可望阻止納米Ag-TiO₂顆粒的聚集，并增大光催化材料的比表面積。近年來，一種以納米SiO₂為殼層的新型核殼結構的光催化材料正受到廣泛關注。這種有序組裝結構的尺寸、大小、結構具有可控性，從而實現對材料催化性能的有效調控，其中，納米SiO₂作為殼層可形成連續孔道，不會影響光照的透入和光催化反應的進行。

公開號為CN109876805A的中國發明專利公開了一種Ag摻雜TiO₂納米光催化劑的制備方法，通過Ag摻雜TiO₂克服了傳統TiO₂光催化劑只能在紫外線下才能發揮光催化性能的弊端，使其在可見光區域既能發揮高效光催化性，但未進一步提高其分散性與比表面積。公開號為CN111437806A的中國發明專利公開了一種SiO₂-TiO₂復合超材料結構光催化劑及其制備方法，首先以PS膠體晶體為模板制備出SiO₂反蛋白石結構，再采用水熱法在SiO₂反蛋白石結構中生長TiO₂，制備的SiO₂-TiO₂復合超材料結構光催化劑分散性較好，但未能從本質上提高其光響應范圍。

應用于建筑物表面的光催化材料需與基層混凝土具有較好的粘結性能，二者的牢固結合是實現光催化性能長效性的關鍵。水泥基材料具備價格低廉、強度較高、與混凝土的彈性模量及熱膨脹系數一致、水化后易與混凝土形成良好粘結等優點，以水泥基材料作為光催化劑載體來制備涂層具有一定的優勢。但在目前的研究中，TiO₂與水泥基材料之間的結合力仍較低，以致涂層的耐磨性、耐沖刷性較差，其光催化性能易失效。

因此，構筑以Ag-TiO₂為核、以SiO₂為殼層的新型核殼結構納米Ag-TiO₂@SiO₂，可望綜合發揮Ag在提高光子利用效率、促進界面電子傳遞速率方面的優勢和SiO₂在增大比表面積、防止顆粒團聚的優勢，從而拓寬其光響應范圍至可見光區域，大幅提高納米TiO₂的光催化性能。