一种可净化空气的光催化再生轻质骨料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可净化空气的光催化再生轻质骨料及其制备方法。所述光催化骨料由再生轻质骨料和石墨相氮化碳（g‑C3N4）组成。取g‑C3N4粉末在无水乙醇中超声分散2~4小时，得到g‑C3N4分散液；将再生轻质骨料在0.2 M的氢氧化钠溶液超声处理30~90分钟得到碱处理的再生轻质骨料；通过真空吸入法在再生轻质骨料表面和孔隙中附着g‑C3N4；洗涤干燥制得光催化再生轻质骨料。本发明专利技术能在太阳光照射下实现净化空气的功能；并且具有抵御实际应用中机械磨损和雨水冲刷引起的催化剂剥落，维持实际应用中高效持久的光催化性能。同时本发明专利技术拓展了再生轻质骨料的应用范围，具有良好的经济效益和环境效益。

Photocatalytic regeneration of light aggregate with purifying air and its preparation method

The invention relates to a photocatalytic regeneration light aggregate capable of purifying air and a preparation method thereof. The photocatalytic aggregate is composed of regenerated light aggregate and graphite phase carbon nitride (g_C3N4). The g C3N4 powder was dispersed in absolute ethanol by ultrasound for 2-4 hours, and the G C3N4 dispersion solution was obtained. The regenerated lightweight aggregate was treated with 0.2 M sodium hydroxide solution by ultrasound for 30-90 minutes to obtain alkali treated lightweight aggregate. The regenerated lightweight aggregate was adhering to G C3N4 on the surface and pore of the regenerated lightweight aggregate by vacuum inhalation method. The photocatalytic regenerated lightweight aggregate was prepared by washing and drying. The invention can realize the function of purifying air under sunlight, resist the catalyst peeling caused by mechanical wear and rainwater erosion in practical application, and maintain the high efficiency and lasting photocatalytic performance in practical application. At the same time, the invention expands the application scope of recycled light aggregate, and has good economic and environmental benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种可净化空气的光催化再生轻质骨料及其制备方法
本专利技术属于环境型材料领域，具体涉及一种可净化空气的光催化再生轻质骨料及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，城市机动车的保有量急剧增加，汽车尾气已经成为我国城市空气污染物的重要来源。尤其是道路交叉口或交通易堵塞的路段，汽车尾气不易扩散，对周边环境和人体健康造成严重的危害。半导体光催化技术是一门绿色可持续的环境修复技术。光催化剂在太阳光的照射下，能够产生强氧化还原功能的电子和空穴，将汽车尾气中的CO、HC、NOx等转化为低毒（NO3-）或无毒（CO2和H2O）的降解产物，其中光催化剂不直接参与反应，本身不随着反应时间的延长而消耗，理论上具有永久性。鉴于汽车尾气第一时间与道路接触，其次是道路两侧的交通设施和建筑物。因此，赋予道路材料等建筑材料光催化功能，可以有效降低汽车尾气的浓度，达到净化空气的目的。目前关于光催化路面材料的研究，主要涉及在路面材料中负载光催化剂，以赋予路面材料光催化净化空气污染物的功能。CN101703889A公开了一种胶粉负载型路面汽车尾气降解复合材料的制备方法；CN108889340A公开了一种催化降解汽车尾气型沥青混合料制备方法；CN106189861A以纳米二氧化钛为催化剂拌和氟碳树脂制备耐候性良好的光催化涂层，具有释放负离子的功效，可有效净化空气。在此类内掺拌和光催化剂的复合材料中，催化剂容易团聚，且大部分催化剂被包裹在基体材料中，无法充分接触气体污染物和太阳光，导致效费比较低。此外，现有光催化路面复合材料中采用的光催化剂大多为二氧化钛。但二氧化钛只对太阳光中的紫外光响应，而紫外光仅占太阳光的4.5%。这极大地限制了该技术的推广应用。建筑骨料是最普遍的建筑材料之一，将光催化剂均匀地包裹在骨料表面可有效改善催化剂在光催化建筑材料中容易团聚的问题，提高其效费比。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种廉价、无毒、不含金属组分的可见光催化剂。研究证实g-C3N4具有良好的可见光降解空气污染物的功能。CN108609930A通过在水泥砂浆中拌和g-C3N4制得一种可在蓝紫光驱动下光催化脱除氮氧化物和挥发性有机物的光催化水泥砂浆。但目前尚未见g-C3N4在建筑骨料中的应用研究报道。我国每年产生的建筑垃圾约为10亿吨，其中废弃黏土砖的产量占建筑垃圾总量的50%以上。废弃黏土砖经过破碎，筛分可加工成不同粒径的再生轻质骨料。再生轻质骨料是一种多孔骨料，在再生轻质骨料的表面和孔隙中附着g-C3N4制得的光催化骨料，不仅可以在可见光照射下净化空气，而且解决了催化剂在光催化建筑材料中易团聚的问题，提高了光催化建筑材料的效费比。相比于天然骨料，再生轻质骨料的表面孔隙不仅提供更大比表面积附着g-C3N4，而且附着于再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4，可以有效避免实际应用中因机械磨损和雨水冲刷而导致的催化剂流失。同时，再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4可以接触到阳光和空气污染物，继而维持其高效持久的光催化净气功能。该光催化骨料可广泛应用于水泥混凝土路面，行人道路面，透水砖工程等领域，起到净化空气的作用。经过大量的专利及文献检索尚未见可净化空气的光催化再生轻质骨料的研究报道。
技术实现思路
鉴于现有技术的空白和不足，本专利技术提供一种可净化空气的光催化再生轻质骨料及其制备方法。本专利技术提出的一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，该光催化再生轻质骨料由再生轻质骨料和石墨相氮化碳（g-C3N4）组成，其中再生轻质骨料和g-C3N4按重量百分比计：再生轻质骨料为：85~99%，g-C3N4为1~15%，两者总重量为100%。本专利技术中再生轻质骨料为废弃黏土砖经过破碎，筛分加工成一定粒径范围内（0.075~25mm）的颗粒。所述再生轻质骨料为多孔材料，其孔隙率为15~30%。其主要组分为：MgO0~10%，SiO220~45%，Al2O330~45%，Fe2O310~30%，TiO20~5%。本专利技术中，所述光催化剂为块状g-C3N4或纳米片状的g-C3N4。其中块状g-C3N4以如下方法制得：块状g-C3N4的制备方法如下：称取2g的三聚氰胺置于带盖瓷坩埚中，以3℃/min的升温速率，加热到550℃，保温4个小时，待冷却至室温时收集产物研磨得到粒径为0.3~10µm块状g-C3N4。纳米片状的g-C3N4以如下方法制得：称取2g三聚氰胺和10g氯化铵，混合均匀后置于带盖瓷坩埚中，以3℃/min的升温速率，加热到550℃，保温4个小时，待冷却至室温时收集产物研磨均匀得到厚度为5nm直径为0.2~10µm的纳米片状g-C3N4。相对于仅对波长小于387nm的紫外光响应的二氧化钛，纳米片状的g-C3N4可以吸收波长小于475nm的可见光，拓宽了对太阳光谱的利用率，实现了可见光驱动下的光催化反应。本专利技术所述的一种可净化空气的光催化再生轻质骨料的制备方法，具体步骤如下：（1）取g-C3N4在无水乙醇中超声分散2~4小时，得到g-C3N4分散液，其中无水乙醇和g-C3N4的质量比为：4~60；（2）取再生轻质骨料在0.2M的氢氧化钠溶液超声处理30~90分钟激活表面活性，烘干得到碱处理的再生轻质骨料颗粒；（3）将步骤（2）中所得的碱处理再生轻质骨料颗粒置于密闭容器中并抽真空，直至0~0.2MPa的真空度；（4）利用大气压将步骤（1）中所得的g-C3N4分散液注入步骤（3）中的密闭容器中，直至淹没所有骨料，保压1~5小时，洗涤干燥得到光催化再生轻质骨料。相比于天然骨料，再生轻质骨料的表面孔隙不仅提供更大比表面积附着g-C3N4，而且附着于再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4，可以有效避免实际应用中因机械磨损和雨水冲刷而导致的催化剂流失。同时，再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4可以接触到阳光和空气污染物，继而维持高效持久的光催化净气功能。与现有光催化建筑材料相比，本专利技术具有以下优点：（1）再生轻质骨料表面和孔隙中的g-C3N4可以在可见光驱动下降解空气污染物；（2）将g-C3N4均匀地包裹在再生轻质骨料表面和孔隙中，可以有效解决催化剂在建筑材料中容易团聚的问题，提高光催化建筑材料的效费比；（3）由于大部分g-C3N4附着再生轻质骨料的孔隙中，相比于天然骨料，再生轻质骨料的表面孔隙不仅提供更大比表面积附着g-C3N4，而且附着于再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4，可以有效避免实际应用中因机械磨损和雨水冲刷而导致的催化剂流失。同时，再生轻质骨料表面孔隙中的g-C3N4可以接触到阳光和空气污染物，继而维持高效持久的光催化净气功能。（4）本专利技术拓展了再生轻质骨料的应用范围，符合我国当前循环经济与环境保护的发展需求，具有良好的经济效益和环境效益。附图说明图1为NOx光催化性能测试系统示意图；其中①高纯空气；②减压阀；③稳流阀；④NO钢瓶气；⑤洗气瓶；⑥流速控制器；⑦温湿度感应器；⑧反应器；⑨NOx分析仪；⑩尾气吸收瓶。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本专利技术所保护范围不限于此。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术中所得骨料的光催化净气性能通过NOx光催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，其特征在于，该光催化再生轻质骨料包括再生轻质骨料和石墨相氮化碳g‑C3N4，其中再生轻质骨料和g‑C3N4按重量百分比计：再生轻质骨料为：85~99%，g‑C3N4为1~15%，两者总重量为100%。

【技术特征摘要】
1.一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，其特征在于，该光催化再生轻质骨料包括再生轻质骨料和石墨相氮化碳g-C3N4，其中再生轻质骨料和g-C3N4按重量百分比计：再生轻质骨料为：85~99%，g-C3N4为1~15%，两者总重量为100%。2.根据权利要求1所述的一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，其特征在于，所述再生轻质骨料为废弃黏土砖经过破碎，筛分加工成0.075~25mm粒径的颗粒，其主要成分包括：MgO0~10%，SiO220~45%，Al2O330~45%，Fe2O310~30%，TiO20~5%；所述再生轻质骨料为多孔材料，其孔隙率为15~30%。3.根据权利要求1所述的一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，其特征在于所述石墨相氮化碳g-C3N4为块状g-C3N4或纳米片状g-C3N4。4.根据权利要求3所述的一种可净化空气的光催化再生轻质骨料，其特征在于，所述块状g-C3N4的制备方法为：称取2g的三聚氰胺置于带盖瓷坩埚中，以3℃/min的升温速率，加热到550℃，保温4个小时，待冷却至室温时收集产物研磨得到粒径为0.3~10µm块状g-C3N4。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏文悦，杨宇，钱心嘉，季韬，戴文新，王心晨，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35