[发明专利]一种水泥基净污涂层材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水泥基净污涂层材料及其制备方法，涉及环保建筑材料技术领域。本发明首先采用溶胶凝胶法制备Ag掺杂的纳米TiO₂，通过Ag的掺杂拓宽纳米TiO₂的光响应范围，提高其光催化性能；其次，采用改进的法构筑核壳结构的纳米Ag‑TiO₂@SiO₂材料，该材料的壳层纳米SiO₂可以防止Ag掺杂的纳米TiO₂颗粒团聚，还能增强催化剂与水泥基材料之间粘接强度；再以水泥基材料为载体，制备Ag‑TiO₂@SiO₂水泥基净污涂层材料。本发明制得的净污涂层材料不仅光催化性能优异、可高效地催化降解混凝土表面的有机物，而且与表层混凝土粘结牢固不易脱落。

技术领域

本发明涉及环保建筑材料技术领域，具体是一种水泥基净污涂层材料及其制备方法。

背景技术

在绿色发展的新理念下，光催化降解技术以其能耗低、稳定性好、无二次污染等优势成为环境净化领域的重要发展方向之一。光催化混凝土作为一种绿色环保、无污染、无毒无害的建筑材料成为当前绿色建材的发展趋势，目前，光催化涂层材料已大量运用于建筑外墙、内墙、道路混凝土等城市建材中。然而，传统的光催化涂层材料的应用仍然存在一些问题，光催化材料难以与混凝土基体牢固结合，易从基层混凝土剥离、失效；大部分光催化材料仍是紫外光响应，在太阳光下难以充分发挥其光催化活性。

纳米TiO₂以其光化学性能稳定、成本低廉、安全无毒等特点，被认为是现今最有前景的光催化剂，但其光催化性能低下。纳米银(Ag)催化和光电性能较好，在纳米TiO₂光催化材料的改性方面具有显著优势。然而，纳米Ag-TiO₂颗粒仍存在比表面积小、易团聚等问题。而纳米SiO₂的结构稳定、具有多孔性，可望阻止纳米Ag-TiO₂颗粒的聚集，并增大光催化材料的比表面积。近年来，一种以纳米SiO₂为壳层的新型核壳结构的光催化材料正受到广泛关注。这种有序组装结构的尺寸、大小、结构具有可控性，从而实现对材料催化性能的有效调控，其中，纳米SiO₂作为壳层可形成连续孔道，不会影响光照的透入和光催化反应的进行。

公开号为CN109876805A的中国发明专利公开了一种Ag掺杂TiO₂纳米光催化剂的制备方法，通过Ag掺杂TiO₂克服了传统TiO₂光催化剂只能在紫外线下才能发挥光催化性能的弊端，使其在可见光区域既能发挥高效光催化性，但未进一步提高其分散性与比表面积。公开号为CN111437806A的中国发明专利公开了一种SiO₂-TiO₂复合超材料结构光催化剂及其制备方法，首先以PS胶体晶体为模板制备出SiO₂反蛋白石结构，再采用水热法在SiO₂反蛋白石结构中生长TiO₂，制备的SiO₂-TiO₂复合超材料结构光催化剂分散性较好，但未能从本质上提高其光响应范围。

应用于建筑物表面的光催化材料需与基层混凝土具有较好的粘结性能，二者的牢固结合是实现光催化性能长效性的关键。水泥基材料具备价格低廉、强度较高、与混凝土的弹性模量及热膨胀系数一致、水化后易与混凝土形成良好粘结等优点，以水泥基材料作为光催化剂载体来制备涂层具有一定的优势。但在目前的研究中，TiO₂与水泥基材料之间的结合力仍较低，以致涂层的耐磨性、耐冲刷性较差，其光催化性能易失效。

因此，构筑以Ag-TiO₂为核、以SiO₂为壳层的新型核壳结构纳米Ag-TiO₂@SiO₂，可望综合发挥Ag在提高光子利用效率、促进界面电子传递速率方面的优势和SiO₂在增大比表面积、防止颗粒团聚的优势，从而拓宽其光响应范围至可见光区域，大幅提高纳米TiO₂的光催化性能。