[发明专利]一种光催化水泥基装饰复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在自然环境下具有光催化活性的水泥基装饰复合材料及其制备方法，属于光催化材料、水泥基功能复合材料和环境保护领域。

背景技术

近年来人类的生活环境污染状况日益严重，工业生产和汽车尾气排放出大量有害气体的同时各种装饰材料也挥发出很多有害化学物质，这些污染物主要有CO、SO_x、NO_x、H₂S、甲醛、乙醛、苯及其同系物、各种烃类等。另外一方面，有机废水中常含有卤代脂肪烃、卤代芳烃、多环芳烃、酚类、染料、农药等多种有害的有机物质，这些物质在造成严重的水体污染的同时在特定的情况下也会挥发到空气中对空气造成污染，很大程度上降低了人们赖以生存的环境质量，严重威胁着人们的生命健康。如何在社会发展的同时改善人们赖以生存的生活环境已经成为整个社会共同关注的一个问题。活性炭等多孔物质可以对环境中的有害物质进行吸附，但是当其吸附达到饱和时需要进行清理，而且不适合大范围应用，另外不能很好吸附低浓度污染物等因素也在很大程度上限制了其大规模应用。

目前具有良好应用前景的光催化技术主要以半导体TiO₂作为代表性的光催化剂，其具有良好的光催化活性、化学稳定性、热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等优点，在自然光照射的条件下就能够催化分解细菌和污染物，长期存在于自然环境中具有优异的环境友好性，是具有良好应用前景的环保型光催化剂之一。

TiO₂在光催化反应中发生的主要过程如下：当受到大于其禁带宽度能量的光子照射后，其价带上将有电子受激发跃迁到导带上，产生光生电子和光生空穴，光生电子和光生空穴分离后迁移到光催化粒子的表面分别与O₂和H₂O反应生成超氧阴离子自由基·O₂和·OH，他们具有很高的氧化性，从而可以对有机物和一些有害气体有催化降解作用。

制约TiO₂应用的因素主要有两个：光谱响应能力和光生电子-光生空穴复合能力。普通TiO₂的禁带宽度在3.2eV左右，只能对太阳光谱中的紫外光有响应能力。通过N、F、Ta等金属、非金属元素的掺杂可以在TiO₂的能带中引入新的能级，从而将TiO₂的光谱响应范围拓展到可见光区域，提高了TiO₂的光催化能力。碳纳米管、石墨烯、足球烯、纳米碳粉等碳类导电物质具有优异的光电性能，当其紧密贴合在光催化剂表面时可以很好地对半导体的光生电子和光生空穴进行有效分离，提高光催化剂的催化能力；另一方面，这些物质的原料较便宜，可以大规模生产。利用元素掺杂和导电物质对纳米TiO₂进行复合改性进一步拓宽了本来就具有很多优点的TiO₂的应用领域。

日本专利JP2003286063公开了一种将纳米TiO₂应用于水泥基材料的技术。中国专利CN102015572A公开了一种将纳米光催化剂应用于沥青道路表面的技术，该技术将光催化剂和水泥、超稀释剂、粘度调节剂和消泡剂组成稀料使光催化剂渗透到沥青路面的空隙中，可以大规模应用并且路面具有持久的光催化性能。中国专利CN101823898A中公开了一种将光催化剂应用于铺路材料中的技术，该产品使铺地块料在自然光线、空气和湿度的条件下对环境中的有机污染物和有害气体具有良好的催化降解作用。专利EP786283中描述了一种用于减少NO_x的表面层含有纳米TiO₂的互锁铺地块料。

如上所述，目前对光催化剂的大规模应用绝大多数都集中在路面建设方面，不可否认这方面的应用对改善环境发挥着很大的作用。但是，目前在建筑装潢方面的基本情况是对环境的伤害大于改善。由于社会发展中基础设施建设的必然性，将建筑装潢材料和光催化产业相结合对改善环境将具有非凡的意义和良好的前景。

发明内容

本发明的目的提供一种具有光催化和装饰功能的光催化水泥基装饰复合材料，本发明另外一个目的是提供这种光催化水泥基装饰复合材料的制备方法。

本发明的技术方案：一种光催化水泥基装饰复合材料，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的重量百分含量分别为：纳米复合光催化剂1～6％、水泥30～60％、骨料20～35％、减水剂0～2％、无机颜料1～6％、添加剂3～5％、水15～20％；其中，纳米复合光催化剂由纳米导电物质和钛的化合物复合而成。