一种可持续净化空气的光催化路面砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及路面砖技术领域，尤其涉及一种可持续净化空气的光催化路面砖及其制备方法。

背景技术

氮氧化物被联合国环境规划署宣布为危害全球的六种化学品之一。氮氧化物污染大气后会直接伤害人体的呼吸系统，有害于人体健康。但只要生物有机物中含有氮，燃烧时都会产生氮氧化物，因此在生产生活及交通运输中会产生很多的氮氧化物。

光催化技术是1970年代以来一直在研究开发的新兴光化学技术，因其无毒、无害、无腐蚀性、可反复使用等一系列特点，被广泛应用于污染物的治理。光催化材料可在有特定频率光条件下直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染。研究表明光催化的有效氧化剂是羟基自由基(HO·)，HO·的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。另外，光催化材料还具有广谱性，美国环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通过光催化得到治理。随着研究的不断深入，其在建材方向的应用也在不断深入。

目前，应用于建材最广的光催化材料是纳米二氧化钛，纳米二氧化钛在紫外光条件下可进行光催化反应，可用于路面汽车尾气的去除。但纳米二氧化钛存在电子跃迁所需能量高、吸光波范围窄，使得催化效率低。而且，纳米二氧化钛应用于光催化路面砖的方式多采用内掺于面层原料中，内掺会造成大量的纳米二氧化钛材料的浪费，大幅提高光催化路面砖的生产成本，使光催化路面砖在市场竞争中处于劣势。虽然，有少部分光催化路面砖将纳米二氧化钛和水混合作为喷涂原料直接喷涂到砖坯中，以降低生产成本，但喷涂原料与砖坯结合不牢固，存在耐磨性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可持续净化空气的光催化路面砖及其制备方法。本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖催化效率高、耐磨性好，可在白天及黑夜持续工作。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种可持续净化空气的光催化路面砖，制备原料包括喷涂原料、面层原料和基层原料；

以重量份数计，所述喷涂原料包括以下组分：

混凝土固化剂8～12份，可见光光催化剂0.5～1.2份，水35～42份；

所述可见光光催化剂包括钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种；

所述混凝土固化剂的主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁；

以重量份数计，所述面层原料包括以下组分：

面砂260～270份，荧光砂20～50份，水泥80～95份，水23～28份。

优选地，所述面砂的粒径为80～100目。

优选地，所述荧光砂的粒径为80～100目，所述荧光砂的颜色包括蓝色或绿色。

优选地，所述水泥包括PO42.5水泥和/或PW425水泥。

优选地，以重量份数计，所述基层原料包括以下组分：

再生中骨料290～330份，再生砂690～730份，水泥140～180份，水40～55份。

优选地，所述再生中骨料的粒径为4.75～9.5mm。

优选地，所述再生砂的粒径<4.75mm。

优选地，所述基层原料中，水泥包括PO42.5水泥。

本发明还提供了上述技术方案所述的可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法，包括以下步骤：

将基层原料布料进行第一压制，得到第一压制坯；

在所述第一压制坯上布面层原料，依次进行第二压制和初养护，得到砖坯；

在所述砖坯上喷涂喷涂原料，进行终养护，得到所述可持续净化空气的光催化路面砖。

优选地，所述第一压制和第二压制独立地在RH2000型砌块成型机上进行；

所述第一压制的时间为4～8s；

所述第二压制的时间为5～8s；

所述初养护和终养护的条件包括：温度为20±5℃，湿度≥90％，

所述初养护的时间为2～3h，所述终养护至28d龄期；

所述喷涂的喷嘴口径为507～521，喷涂角度＞100°；

所述喷涂原料的喷涂量为3～7L/m

本发明提供了一种可持续净化空气的光催化路面砖，制备原料包括喷涂原料、面层原料和基层原料；以重量份数计，所述喷涂原料包括以下组分：混凝土固化剂8～12份，可见光光催化剂0.5～1.2份，水35～42份；所述可见光光催化剂包括钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种；所述混凝土固化剂的主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁；以重量份数计，所述面层原料包括以下组分：面砂260～270份，荧光砂20～50份，水泥80～95份，水23～28份。

有益效果：

本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖中的喷涂原料以钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种作为可见光光催化剂，上述可见光光催化剂的带隙较纳米二氧化钛更窄，电子跃迁所需能量更低，在可见光条件下即可实现高效的光催化反应，催化效率更高。同时，本发明的喷涂原料通过喷涂的方式喷涂到砖坯上，使可见光光催化剂均匀分散在砖坯的表面及孔隙中，部分可见光光催化剂嵌入砖坯中未终凝的水泥中，可起到晶核作用，可促进砖坯表层水泥水化，使光催化路面砖的表面更致密；主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁的的混凝土固化剂的使用可进一步增强光催化路面砖表面的强度，提高光催化路面砖的抗磨性能，延长光催化路面砖的使用寿命；而且，混凝土固化剂与砖坯表面的水泥结合可形成可见光光催化剂的保护层，起到防止可见光光催化剂脱落的作用。本发明在面层原料中添加荧光砂，荧光砂可在夜晚为可见光光催化剂提供光源，使光催化路面砖可在夜晚持续进行光催化反应，延长了可见光光催化剂的工作时间，起到更好的污染物降解效果，进一步提高光催化效率。同时，荧光砂的颜色可使光催化路面砖更为美观。

进一步地，本发明的基层原料以再生中骨料和再生砂为原料，降低了光催化路面砖的制备成本，同时促进了建筑垃圾资源化综合利用，推动了无废城市建设和循环经济发展。

本发明还提供了上述技术方案所述的可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法，包括以下步骤：将基层原料布料进行第一压制，得到第一压制坯；在所述第一压制坯上布面层原料，依次进行第二压制和初养护，得到砖坯；在所述砖坯上喷涂喷涂原料，进行终养护，得到所述可持续净化空气的光催化路面砖。本发明提供的制备方法操作简单，易于工业化。

具体实施方式

本发明提供了一种可持续净化空气的光催化路面砖，制备原料包括喷涂原料、面层原料和基层原料；

以重量份数计，所述喷涂原料包括以下组分：

混凝土固化剂8～12份，可见光光催化剂0.5～1.2份，水35～42份；

所述可见光光催化剂包括钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种；

所述混凝土固化剂的主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁；

以重量份数计，所述面层原料包括以下组分：

面砂260～270份，荧光砂20～50份，水泥80～95份，水23～28份。

在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。

本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖的制备原料包括基层原料。在本发明中，以重量份数计，所述基层原料优选包括以下组分：再生中骨料290～330份，再生砂690～730份，水泥140～180份，水40～55份。

在本发明中，以重量份数计，所述基层原料优选包括再生中骨料290～330份，进一步优选为300～320份，更优选为310份。在本发明中，所述再生中骨料的粒径优选为4.75～9.5mm。

在本发明中，以重量份数计，所述基层原料优选包括再生砂690～730份，进一步优选为700～720份，更优选为710份。在本发明中，所述再生砂的粒径优选<4.75mm。

在本发明中，以重量份数计，所述基层原料优选包括水泥140～180份，进一步优选为150～170份，更优选为160份。在本发明中，所述水泥优选包括PO42.5水泥。

在本发明中，以重量份数计，所述基层原料优选包括水40～55份，进一步优选为45～50份。在本发明中，所述水优选包括自来水。

在本发明中，所述基层原料以再生砂和再生中骨料为组分，降低了光催化路面砖的成本，同时促进了建筑垃圾资源化综合利用，推动了无废城市建设和循环经济发展。

本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖的制备原料包括面层原料。在本发明中，以重量份数计，所述面层原料包括以下组分：面砂260～270份，荧光砂20～50份，水泥80～95份，水23～28份。

在本发明中，以重量份数计，所述面层原料包括面砂260～270份，优选为265份。在本发明中，所述面砂的粒径优选为80～100目。

在本发明中，以重量份数计，所述面层原料包括荧光砂20～50份，优选为30～40份。在本发明中，所述荧光砂的颜色优选包括蓝色或绿色。在本发明中，所述荧光砂的粒径优选为80～100目。

在本发明中，以重量份数计，所述面层原料包括水泥80～95份，优选为85～90份。在本发明中，所述水泥优选包括PO42.5水泥和/或PW425水泥。

在本发明中，以重量份数计，所述面层原料包括水23～28份，优选为24～27份，进一步优选为25～26份。在本发明中，所述水优选包括自来水。

在本发明中，所述面层原料中添加荧光砂，使得光催化路面砖在夜间也能够进行持续的光催化反应，延长了光催化路面砖的工作时间，提高了光催化效率。

在本发明中，所述基层原料和面层原料的质量比优选为6：1～10：1。

本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖的制备原料包括喷涂原料。在本发明中，以重量份数计，所述喷涂原料包括以下组分：混凝土固化剂8～12份，可见光光催化剂0.5～1.2份，水35～42份。

在本发明中，以重量份数计，所述喷涂原料包括混凝土固化剂8～12份，优选为9～11份，进一步优选为10份。在本发明中，所述混凝土固化剂的主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁。在本发明中，所述混凝土固化剂具体优选为购自湖南和能达建筑装饰工程有限公司型号为CureHard24的混凝土固化剂。

在本发明中，以重量份数计，所述喷涂原料包括可见光光催化剂0.5～1.2份，优选为0.6～1.1份，进一步优选为0.7～1.0份，更优选为0.8～0.9份。在本发明中，所述可见光光催化剂包括钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种。在本发明中，所述可见光光催化剂的平均粒径优选为10～30nm。

在本发明中，以重量份数计，所述喷涂原料包括水35～42份，优选为36～41份，进一步优选为37～40份，更优选为38～39份。在本发明中，所述水优选包括自来水。

在本发明中，所述喷涂原料以钛酸铋系光催化剂、钨酸铋系光催化剂、钼酸铋系光催化剂和复合型铋系光催化剂中的一种或多种作为可见光光催化剂，相比纳米二氧化钛催化效率高。同时，使用主要成分包括硅酸钠、硅酸锂和氟硅酸镁的混凝土固化剂，提高了喷涂原料与砖坯的结合力，进而提高了可持续净化空气的光催化路面砖的耐磨性。

本发明还提供了上述技术方案所述的可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法，包括以下步骤：

将基层原料布料进行第一压制，得到第一压制坯；

在所述第一压制坯上布面层原料，依次进行第二压制和初养护，得到砖坯；

在所述砖坯上喷涂喷涂原料，进行终养护，得到所述可持续净化空气的光催化路面砖。

本发明将基层原料布料进行第一压制，得到第一压制坯。

在本发明中，所述基层原料的制备方法优选包括以下步骤：将各组分进行搅拌；所述搅拌的时间优选为120～180s。

在本发明中，所述第一压制优选在RH2000型砌块成型机上进行。在本发明中，所述第一压制的时间优选为4～8s。

得到第一压制坯后，本发明在所述第一压制坯上布面层原料，依次进行第二压制和初养护，得到砖坯。

在本发明中，所述基层原料和面层原料的质量比优选为6：1～10：1。

在本发明中，所述面层原料的制备方法优选包括以下步骤：将各组分进行搅拌。在本发明中，所述搅拌的时间优选为120～180s。

在本发明中，所述第二压制优选在RH2000型砌块成型机上进行。在本发明中，所述第二压制的时间优选为5～8s。

在本发明中，所述初养护的条件包括：温度优选为20±5℃；湿度优选≥90％，进一步优选为90％；时间优选为2～3h。

得到砖坯后，本发明在所述砖坯上喷涂喷涂原料，进行终养护，得到所述可持续净化空气的光催化路面砖。

在本发明中，所述喷涂原料的制备方法优选包括以下步骤：将各组分混合后进行超声分散。在本发明中，所述超声分散的频率优选为20～40kHz，时间优选为30～90min。

在本发明中，所述喷涂原料的喷涂量优选为3～7L/m

在本发明中，所述喷涂优选在喷涂机上进行，所述喷涂机的喷嘴口径优选为507～521，喷涂角度优选＞100°，进一步优选为110～130°。

在本发明中，所述终养护的温度和湿度优选与初养护一致，在此不再赘述。在本发明中，所述终养护优选至28d龄期。

下面结合实施例对本发明提供的可持续净化空气的光催化路面砖及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种可持续净化空气的光催化路面砖，按照重量份数计，包括以下制备原料：

基层原料：

再生中骨料(粒径为4.75～9.5mm)290份；

再生砂(粒径<4.75mm)730份；

PO42.5水泥140份；

自来水55份；

面层原料：

面砂(粒径为80目)260份；

蓝色荧光砂(粒径为80目)50份；

PO42.5水泥80份；

自来水23份；

喷涂原料：

购自湖南和能达建筑装饰工程有限公司型号为CureHard24的混凝土固化剂8份；

钨酸铋光催化剂(平均粒径为30nm)0.5份。

自来水42份；

可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法，包括以下步骤：

将再生中骨料290份、再生砂730份、水55份及水泥140份置于搅拌机中搅拌120s，得到基层原料。

将面砂260份、荧光砂50份、水泥80份和水23份，置于搅拌机中搅拌120s，得到面层原料。

将混凝土固化剂8份、可见光光催化剂0.5份和水42份置于超声分散设备中，超声分散设备频率20kHz，超声分散30min，得到喷涂原料。

基层原料布料后，在RH2000型砌块成型机中进行第一次压制，压制时间为4s，第一次压制后，在基层原料上继续布面层原料(其中，基层原料和面层原料的质量比为6：1)，进行第二次压制，压制时间为5s；将成型料运送至养护窑进行初养护，初养护的条件包括：湿度为90％，温度为20±5℃，时间为2h，得到砖坯；初养护后，混凝土中的水泥达到初凝状态。

采用喷涂机在砖坯的表面喷涂喷涂原料，喷涂机的喷嘴口径为507，喷涂角度为110°，喷涂原料的喷涂量为3L/m

对比例1

与实施例1的区别为：

喷涂原料中，将钨酸铋光催化剂替换为市售纳米二氧化钛材料即P25光催化材料，省略混凝土固化剂；其他参数与实施例1相同。

实施例2

一种可持续净化空气的光催化路面砖，按照重量份数计，包括以下制备原料：

基层原料：

再生中骨料(粒径为4.75～9.5mm)330份；

再生砂(粒径<4.75mm)690份；

PO42.5水泥180份；

自来水40份；

面层原料：

面砂(粒径为100目)270份；

绿色荧光砂(粒径为100目)50份；

PW425水泥95份；

自来水28份；

喷涂原料：

购自湖南和能达建筑装饰工程有限公司型号为CureHard24的混凝土固化剂12份；

钛酸铋光催化剂(平均粒径为10nm)1.2份；

自来水35份；

可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法包括以下步骤：

将再生中骨料330份、再生砂690份、水40份及水泥180份置于搅拌机中搅拌180s，得到基层原料。

将面砂270份、荧光砂50份、水泥95份和水28份置于搅拌机中搅拌180s，得到面层原料。

将混凝土固化剂12份、可见光光催化剂1.2份和水35份置于超声分散设备中，超声分散设备频率40kHz，超声分散90min，得到喷涂原料。

基层原料布料后，在RH2000型砌块成型机中进行第一次压制，压制时间为8s，第一次压制结束后，在基层原料上继续布面层原料(其中，基层原料和面层原料的质量比为6：1)，进行第二次压制，压制时间为8s；将成型料运送至养护窑进行初养护；初养护的条件包括：湿度为90％，温度为20±5℃，时间为3h，得到砖坯，初养护后，混凝土中的水泥达到初凝状态。

采用喷涂机在砖坯的表面喷涂喷涂原料，喷涂机的喷嘴口径为521，喷涂角度为120°，喷涂原料的喷涂量为7L/m

对比例2

与实施例2的区别为：

喷涂原料中，将钛酸铋光催化剂替换为市售纳米二氧化钛材料即P25光催化材料(平均粒径为10nm)，省略混凝土固化剂；其他参数与实施例1相同。

实施例3

一种可持续净化空气的光催化路面砖，按照重量份数计，包括以下制备原料：

基层原料：

再生中骨料(粒径为4.75～9.5mm)310份；

再生砂(粒径<4.75mm)710份；

PO42.5水泥160份；

自来水50份；

面层原料：

面砂(粒径为90目)265份；

蓝色荧光砂(粒径为90目)35份；

PO42.5水泥88份；

自来水25份；

喷涂原料：

购自湖南和能达建筑装饰工程有限公司型号为CureHard24的混凝土固化剂10份；

钼酸铋光催化剂(平均粒径为20nm)0.8份；

自来水38份；

可持续净化空气的光催化路面砖的制备方法包括以下步骤：

将再生中骨料310份、再生砂710份、水50份及水泥160份置于搅拌机中搅拌160s，得到基层原料。

将面砂265份、荧光砂35份、水泥88份和水25份置于搅拌机中搅拌160s，得到面层原料。

将混凝土固化剂10份、可见光光催化剂0.8份和水38份置于超声分散设备中，超声分散设备频率30kHz，超声分散70min，得到喷涂原料。

基层原料布料后，在RH2000型砌块成型机中进行第一次压制，压制时间为6s，第一次压制结束后，在基层原料上继续布面层原料(其中，基层原料和面层原料的质量比为6：1)，进行第二次压制，压制时间为7s，将成型料运送至养护窑进行初养护；初养护的条件包括：湿度为90％，温度为20±5℃，时间为2h，得到砖坯；初养护后，混凝土中的水泥达到初凝状态。

采用喷涂机在砖坯的表面喷涂喷涂原料，喷涂机的喷嘴口径为513，喷涂角度为130°，喷涂原料的喷涂量为5L/m

对比例3

与实施例3的区别为：

喷涂原料中，将可见光光催化剂替换为市售纳米二氧化钛材料即P25光催化材料(平均粒径为20nm)，同时，省略混凝土固化剂；其他参数与实施例3相同。

性能测试：

按照GB28635-2012《混凝土路面砖》检测可持续净化空气的光催化路面砖强度，按照GB/T16925-1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法(滚珠轴承法)》检测可持续净化空气的光催化路面砖耐磨性能，光催化实验采用业内熟知手段模拟实验，测试环境分有可见光和无可见光两种。结果如表1所示。

表1实施例及对比例所得可持续净化空气的光催化路面砖的性能测试结果

从表1可以看出：与对比例1相比，实施例1所得可持续净化空气的光催化路面砖的抗压强度提升了12.7％，耐磨度提升了49.6％，NO

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。