【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型多功能材料领域，主要涉及一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料。
技术介绍
1、污水管道中大量生活废水里面常含有各种细菌和真菌等微生物，其中包括嗜中性硫氧化细菌和嗜酸性硫氧化细菌等硫酸盐还原菌。厌氧条件下的脱硫弧菌属细菌能够将硫酸盐或有机硫还原为硫化氢。由于混凝土的初始ph值(11～13)不利于细菌生长，硫化氢的酸性特性降低了混凝土表面的ph值，为硫氧化细菌的繁殖创造了条件。在好氧环境中，硫杆菌属的细菌将硫化氢转化为生物硫酸，而镰刀菌属的真菌则通过代谢产生有机酸，这些有机酸与水泥基材料中的碱性物质反应，导致水泥基材料劣化。在污水管道的缺氧环境中，脱硫弧菌属细菌将硫酸盐或有机硫还原为硫化氢，并进入管道未充水空间。由于该空间氧气含量较高，硫化氢被硫氧化细菌氧化为生物硫酸，进而与水泥基材料中的氢氧化钙反应，生成膨胀性产物钙矾石，导致水泥基材料开裂。这一系列反应还导致混凝土中的水化硅酸钙凝胶分解，生成无胶结作用的胶体，进一步削弱了水泥基材料的性能。此外，微生物的生命活动还会腐蚀污水管道表面的水泥基材料，导致表面污损、疏松、砂浆脱落、骨料外露和钢筋锈蚀，缩短设施的使用寿命，造成每年约50亿美元的经济损失。
2、此外，微生物生命活动产生各种有毒有害气体污染生活区，污水管道由于含有大量有机物、细菌和化学物质，其分解过程中会产生多种有毒有害气体，如硫化氢、甲烷等。若城市的污水管道开裂，硫化氢可从管道逸出，通过排水口、下水道等渗入居民区。长期曝露在低浓度的硫化氢下，居民可能会经历眼睛刺激、呼吸问题或更严
3、为提高材料强度，降低污染水平，抑制污水管道中微生物的生长，各国采取了各种手段。例如根据不同的环境选用合适的胶凝材料，同时选定合适的水灰比和砂率；管道表面刷保护涂层预防混凝土的微生物腐蚀，使用抑菌剂抑制微生物在混凝土表面或内部生长，减少生物硫酸的形成。但是，目前没有一种手段可以同时、有效的解决污水管道中微生物生命活动引起的锈蚀和污染问题。因此，需要找到一种有效的解决方案，既能抑制微生物的生命活动，又能对污水中产生的有毒物质进行固化吸附且具有较高的材料强度。
4、本专利技术公开了一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，由生物炭颗粒，碳纳米管，纳米银浆，po普通硅酸盐水泥等部分共同构成。其中，生物炭颗粒用于吸附污水管道中由微生物生命活动产生的二氧化碳及硫化氢等有毒有害气体成分。碳纳米管用于增强增韧，防止微裂纹扩展，提高水泥基材料抗压、抗折强度，降低水泥基材料的弹性模量，起到增韧水泥基材料效果。纳米银浆中的纳米银能有效抑制污水中的细菌在污水管道表面的生命活动，降低由微生物生命活动引起的腐蚀侵害。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有水泥基材料构成的下水管道易被微生物活动腐蚀导致经济损失等相关问题，本专利技术设计并公开了一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料。
2、根据本专利技术的一些实施例一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其中生物炭颗粒是生物质材料通过700摄氏度高温热解等方式制备得到的，本专利技术生物炭颗粒的粒径分布范围在10-100μm，生物炭颗粒掺量在1％～4％，生物炭的成分中绝大部分都是固定碳，将生物炭掺入到水泥基材料中，用于吸附污水管道中由微生物生命活动产生的二氧化碳、甲烷及硫化氢等有毒有害气体成分。
3、根据本专利技术的一些实施例一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，qm-qx2全方位行星式球磨机被用于将碳纳米管细化，设定球料比为40:1，转速保持在200rpm，持续3小时。随后，聚乙烯吡咯烷酮(pvp)被选作表面活性剂，以优化碳纳米管的分散性。操作步骤包括：在水中溶解pvp，然后将球磨后的碳纳米管加入该溶液中，搅拌10分钟，静置3小时以获得均匀的碳纳米管水分散液。这种分散液的制备对于提高水泥基材料的抗弯强度和极限应变能力具有显著效果，因为碳纳米管能够阻止裂缝扩展并吸收破坏过程中的能量。
4、根据本专利技术的一些实施例一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其中纳米银浆在浇筑过程中，纳米银以水溶液的方式加入，无需额外分散处理，粒径在60～80nm左右。纳米银浆的制作方法参考lee法并进行了一些优化，在1000g水中加入1.7g硝酸银，配制成硝酸银的水溶液。在加热台上将硝酸银的水溶液煮沸并逐滴滴加柠檬酸三钠水溶液，可见到硝酸银的水溶液在过程中颜色逐渐由透明转为红棕色。此时，溶液中的纳米银微粒粒径约在60～80nm左右，停止加热反应并冷却至室温以备后续使用。加入纳米银浆可以抑制嗜中性硫氧化细菌和嗜酸性硫氧化细菌等硫酸盐还原菌在混凝土表面或内部生长，减少生物硫酸的形成，从而延长污水管道混凝土的使用寿命，达到减少经济损失的目的。
5、根据本专利技术的一些实施例一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其中po普通硅酸盐水泥水泥基材料的水灰比为0.5，将水与聚羧酸高效减水剂混合，用玻璃棒搅拌均匀。将水泥、含有聚羧酸高效减水剂的水溶液倒入搅拌锅内，先低速搅拌30秒，再高速搅拌150秒后，然后将称量好的生物炭，制作好的碳纳米管分散液和纳米银浆倒入搅拌锅内继续搅拌，先低速搅拌30秒，再高速搅拌90秒后，放在室内标准养护。
6、根据本专利技术的一些实施例一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，可以抑制微生物生命活动破坏污水管道从而减少经济损失，与现有技术相比，本专利技术的特点是：
7、(1)一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料强度高于正常污水管道水泥基材料，可以减少混凝土龟裂，减少污水管道维修以及更换频率。
8、(2)一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料可以吸收二氧化碳和硫化氢等对人体有害且腐蚀污水管道的气体，能够抑制微生物破坏污水管道的生命活动从而减少经济损失。
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1.一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：污水管道(1)，是由生物炭颗粒(1-1)、碳纳米管(1-2)、纳米银浆(1-3)和PO普通硅酸盐水泥(1-4)按照一定比例混合后共同浇筑而成。其中，生物炭颗粒(1-1)，用于吸附有毒有害气体成分；碳纳米管(1-2)，用于增强增韧，防止微裂纹扩展，提高水泥基材料抗压、抗折强度，降低水泥基材料的弹性模量，起到增韧水泥的效果；纳米银浆(1-3)，其中纳米银粒径在60～80nm左右，能有效抑制污水中的细菌在污水管道表面的生命活动，降低由微生物生命活动引起的腐蚀侵害；PO普通硅酸盐水泥(1-4)，作为水泥胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：生物炭颗粒(1-1)的粒径范围为10-100μm，具有多孔结构和高比表面积，能够有效地吸附二氧化碳和硫化氢。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于，碳纳米管(1-2)的直径范围为1-50nm，长度范围为0.5-10μm，具有优异的力学性能，能够显
4.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：纳米银浆(1-3)中的纳米银粒径均匀，分散性好，能够形成有效的抑菌层，抑制污水中的细菌生长和繁殖。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：经过优化调整后材料中各组分的配比，生物炭颗粒(1-1)的比例为1％～10％，碳纳米管(1-2)比例为0.5％～2％，纳米银浆中的水(1-3)与PO普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5，以确保水泥基材料的抑菌、固碳滤毒和高强度性能。
...【技术特征摘要】
1.一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：污水管道(1)，是由生物炭颗粒(1-1)、碳纳米管(1-2)、纳米银浆(1-3)和po普通硅酸盐水泥(1-4)按照一定比例混合后共同浇筑而成。其中，生物炭颗粒(1-1)，用于吸附有毒有害气体成分；碳纳米管(1-2)，用于增强增韧，防止微裂纹扩展，提高水泥基材料抗压、抗折强度，降低水泥基材料的弹性模量，起到增韧水泥的效果；纳米银浆(1-3)，其中纳米银粒径在60～80nm左右，能有效抑制污水中的细菌在污水管道表面的生命活动，降低由微生物生命活动引起的腐蚀侵害；po普通硅酸盐水泥(1-4)，作为水泥胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的新型抑菌、固碳滤毒高强度水泥基材料，其特征在于：生物炭颗粒(1-1)的粒径范围为10-100μm，具有多孔结构和高比表面积，能够有效地吸附二氧化碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑶，付军霖，王浩龙，陈锦天，杨博文，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：
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