本發(fā)明涉及光催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種適用于建筑和路面混凝土的tio2/bi2wo6可見光催化涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，空氣污染問題日益嚴重，工業(yè)廢氣、汽車尾氣、建筑裝修產(chǎn)生的有機污染物等都人類的健康帶來了威脅。對這些污染的治理成為了人們高度重視的領(lǐng)域。其中，利用光催化原理降解污染物是目前的研究熱點，這種方法能耗低，操作簡便，反應(yīng)條件溫和，無二次污染。將光催化劑應(yīng)用于路面材料和建筑材料，制備光催化空氣凈化涂層，將成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)手段。

在目前的研究當中，tio2因其高活性、安全、價廉、無污染等優(yōu)點得到了最廣泛的應(yīng)用。然而tio2光催化劑僅對紫外光區(qū)有響應(yīng)，而紫外光在所有的太陽光中只占到5％左右，這就大大降低了傳統(tǒng)光催化涂層對太陽光的利用率。需要有一種新型的窄帶隙半導(dǎo)體光催化劑，以解決可見光利用率低的問題。

與傳統(tǒng)的tio2等光催化材料相比，鎢酸鉍(bi2wo6)具有較窄的禁帶寬度(2.75-2.9ev)，可以吸收波長大于400nm的可見光，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是光催化降解污染物技術(shù)中具有較大前景的研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中混凝土光催化涂層可見光利用率低及光催化活性不高的問題，本發(fā)明提供一種負載于路面和建筑物表面tio2/bi2wo6光催化涂層及其制備方法。

一種以混凝土為基體的tio2/bi2wo6可見光催化涂層的制備方法，包括如下步驟：

將壓制成型的混凝土基體養(yǎng)護5～10天后，浸入納米tio2/bi2wo6分散液中進行表面處理，取出后繼續(xù)養(yǎng)護即得。

浸入納米tio2/bi2wo6分散液前對混凝土基體養(yǎng)護5～10天，優(yōu)選養(yǎng)護7天，浸提后繼續(xù)養(yǎng)護25～30天。浸入前后的養(yǎng)護均為常規(guī)養(yǎng)護，即：標準養(yǎng)護室的溫度為20±2℃，相對濕度95％以上，混凝土試件放在養(yǎng)護室支架上，彼此間隔10-20nm，試件表面保持潮濕。

混凝土基體為常規(guī)混凝土基體即可，如由如下原料制成：42.5級普通水泥；iso標準砂；萘系高效減水劑；水；

本發(fā)明中所述納米tio2/bi2wo6分散液由納米二氧化鈦/鎢酸鉍粉末、分散劑和水制成。優(yōu)選地，所述納米tio2/bi2wo6分散液中納米tio2/bi2wo6的質(zhì)量濃度為2～10％。進一步優(yōu)選為2～5％。

進一步優(yōu)選地，所述納米tio2/bi2wo6分散液由如下方法制備：

將計量的納米tio2/bi2wo6和質(zhì)量為納米tio2/bi2wo6質(zhì)量1％-2％的分散劑加入水中，攪拌均勻后分散3～5h，得到tio2/bi2wo6質(zhì)量濃度為2-10％的納米tio2/bi2wo6分散液。

本發(fā)明中二氧化鈦/鎢酸鉍粉末主要由下述原料制成：硝酸鉍；鎢酸鈉；硝酸；納米二氧化鈦，氫氧化鈉；水。

優(yōu)選地，所述納米tio2/bi2wo6由如下方法制備：

(1)將硝酸鉍溶于硝酸的水溶液中，混勻得溶液a；將鎢酸鈉溶于水中，混勻得溶液b；

(2)將所得溶液a和溶液b按比例混合，攪拌混勻得混合溶液，加入納米二氧化鈦，用naoh的水溶液將混合溶液ph調(diào)節(jié)至5，得懸浮液；

(3)將懸浮液在160～200℃下水熱反應(yīng)16-20小時，水熱反應(yīng)產(chǎn)物水洗后烘干即得。

硝酸的水溶液即將濃硝酸溶于水中，進一步優(yōu)選地，硝酸的水溶液中，硝酸的濃度為15～25％；更進一步優(yōu)選為20％。

進一步優(yōu)選地，配置溶液a時，硝酸鉍與硝酸的水溶液質(zhì)量體積比為(8～10)g；9ml；配置溶液b時，鎢酸鈉與水的質(zhì)量體積比為(2～5)g；80ml；溶液a與溶液b的混合體積比為1：(8～9)；硝酸鉍與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為(30～40)：1。

更進一步優(yōu)選地，配置溶液a時，硝酸鉍與硝酸的水溶液質(zhì)量體積比為9.7g；9ml；配置溶液b時，鎢酸鈉與水的質(zhì)量體積比為3.29g；80ml；溶液a與溶液b的混合體積比為1：9；硝酸鉍與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為31：1。

溶液a與溶液b混合后繼續(xù)攪拌1小時混勻；步驟(2)中混合溶液的ph值進一步優(yōu)選調(diào)節(jié)至5；水熱反應(yīng)在水熱釜中進行；水熱反應(yīng)進一步優(yōu)選條件為160℃下反應(yīng)18h。

最優(yōu)選地，納米tio2/bi2wo6的制備方法如下：

(1)將9.702g硝酸鉍溶于9ml硝酸質(zhì)量濃度為20％水溶液中，將3.298g鎢酸鈉溶于80ml水，分別攪拌均勻后將兩溶液混合，室溫攪拌1h；

(2)加入納米二氧化鈦，用naoh的水溶液將混合溶液ph調(diào)節(jié)至5；

(3)懸浮液加入到100ml水熱釜中，在160℃下反應(yīng)18h；

(4)反應(yīng)產(chǎn)物水洗，烘干。

優(yōu)選地，所述分散劑為萘系減水劑、羧酸系減水劑或氨基磺酸鹽減水劑中的一種。均可通過市購獲得。

優(yōu)選地，混凝土基體在納米tio2/bi2wo6分散液中的浸入時間為1～5min。

本發(fā)明還提供一種如所述制備方法制備得到的以混凝土為基體的tio2/bi2wo6可見光催化涂層。

本發(fā)明還提供一種好辦所述tio2/bi2wo6可見光催化涂層的混凝土基體建筑材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)納米tio2/bi2wo6分散劑可以滲透到混凝土孔隙中，與污染氣體和液體之間有更大的接觸面積，光催化效率高；

(2)與tio2相比，采用tio2/bi2wo6光催化劑可以明顯提高可見光的利用率。

附圖說明

圖1是光催化降解甲醛的裝置示意圖。

其中1為輸入氣體裝置，2為氣體流量控制器，3為光催化反應(yīng)容器，4為試樣，5為日光燈光源，6為輸出氣體。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

以下實施例中所用原料均通過市購獲得。

圖1所示為本發(fā)明樣本進行光催化降解實驗的裝置，包括光催化反應(yīng)容器3，光催化反應(yīng)容器3的一端連接輸入氣體裝置1，輸入氣體裝置1帶有氣體流量控制器2，輸出氣體6從光催化反應(yīng)容器的另一端輸出，光催化反應(yīng)容器3配置日光燈光源5。檢測時，試樣4置于光催化反應(yīng)容器中，氣體流經(jīng)試樣，同時打開日光燈光源照射。

實施例1納米鎢酸鉍粉體的制備

取2ml濃硝酸溶于7ml水中，得到硝酸濃度約20％的水溶液，取9.702g硝酸鉍上述溶液中；將3.298g鎢酸鈉溶于80ml水，分別攪拌均勻后將兩溶液混合，室溫攪拌1h；加入0.32g納米二氧化鈦，用naoh的水溶液將混合溶液ph調(diào)節(jié)至5；

懸浮液加入到100ml水熱釜中，在160℃下反應(yīng)18h；反應(yīng)產(chǎn)物水洗，烘干得納米tio2/bi2wo6，備用。

實施例2

采用42.5級普通水泥、級配為0.15-4.75mm的滿足國家標準要求的天然砂、萘系高效減水劑和水，按骨料：水泥：水：減水劑＝3:1:0.3:0.025配制攪拌得到普通混凝土拌合物，經(jīng)機械壓制成型尺寸為60×100×200mm的混凝土制品。

采用實施例1制備得到的納米tio2/bi2wo6作為光催化劑，萘系高效減水劑作為分散劑，分散劑摻量為納米tio2/bi2wo6質(zhì)量的2.5％，將計量的tio2/bi2wo6和分散劑加入水中，攪拌均勻得到質(zhì)量濃度為5％的納米tio2/bi2wo6分散液。

混凝土制品養(yǎng)護1天后，采用質(zhì)量濃度為5％的納米tio2/bi2wo6分散液對混凝土進行浸漬處理，浸提高度為10mm，浸泡時間為3min，浸提后混凝土繼續(xù)養(yǎng)護28天，將混凝土切割成30×50×100mm試樣，自然干燥24h后，采用35w日光燈作為光源，以羅丹明b溶液為光催化降解對象，采用如圖1所示裝置進行光催化降解實驗。

光催化降解羅丹明b的測試實驗步驟如下：

(1)配制10mg/l的羅丹明b溶液，并分別稀釋得到濃度分別為8mg/l、6mg/l、2mg/l、2mg/l、0的羅丹明b溶液，用紫外分光光度計測得羅丹明b濃度與波長為554nm處的吸光度的線性關(guān)系，得到標準曲線。

(2)將光催化劑分散液浸漬后的混凝土制品放入容器，加入10mg/l的羅丹明b溶液，打開日光燈進行光催化實驗。

(3)光催化一定時間后用紫外-可見分光光度計測定溶液的吸光度，根據(jù)標準曲線推算羅丹明b溶液濃度。

(4)根據(jù)羅丹明b濃度變化表征光催化劑的光催化效率為：(初始濃度-光催化一定時間后的濃度)/初始濃度。結(jié)果如表1所示

表1tio2/bi2wo6可見光催化涂層浸漬后的混凝土制品對羅丹明b的光催化降解效率

實施例4

采用42.5級普通水泥、級配為0.15-4.75mm的滿足國家標準要求的天然砂、萘系高效減水劑和水，按骨料：水泥：水：減水劑＝3:1:0.3:0.025配制攪拌得到普通混凝土拌合物，經(jīng)機械壓制成型尺寸為60×100×200mm的混凝土制品。

采用實施例1制備得到的納米tio2/bi2wo6作為光催化劑，萘系高效減水劑作為分散劑，分散劑摻量為納米tio2/bi2wo6質(zhì)量的2.5％，將計量的tio2/bi2wo6和分散劑加入水中，攪拌均勻得到質(zhì)量濃度為5％的納米tio2/bi2wo6分散液。

混凝土制品養(yǎng)護1天后，采用質(zhì)量濃度為5％的納米tio2/bi2wo6分散液對混凝土進行浸漬處理，浸提高度為10mm，浸泡時間為3min，浸提后混凝土繼續(xù)養(yǎng)護28天，采用圖1所示的光催化裝置，35w日光燈作為光源，以甲醛氣體為光催化降解對象，進行光催化降解實驗。

光催化降解甲醛氣體的測試實驗步驟如下：

(1)將干空氣和甲醛標準氣體按比例混合，制得混合氣體，取樣測定混合氣體的甲醛濃度(大約為100ppm)。

(2)將試樣放入密封的光催化反應(yīng)器中。

(3)向反應(yīng)器中輸入一定量的反應(yīng)氣體，開啟日光燈光源；

(4)經(jīng)過一定時間的光催化反應(yīng)后，根據(jù)甲醛檢測儀的數(shù)據(jù)記錄甲醛濃度。

(5)根據(jù)甲醛濃度，計算可得光催化效率(初始濃度-光催化一定時間后的濃度)/初始濃度。

實驗結(jié)果見表2。

表2tio2/bi2wo6可見光催化涂層浸漬后的混凝土制品對甲醛的光催化降解效率

由表1和表2的結(jié)果可知，本發(fā)明方法制備得到的涂層光催化效率高，可以明顯提高可見光的利用率。