[发明专利]一种功能型多孔水泥基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种功能型多孔水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔水泥基复合材料是一种常用的建筑工程材料。作为一种墙体填充材料时，具有保温、隔热的功能；作为铺设路面的材料时，具有良好的排水、防滑、降噪性能。然而对此的研究和应用大都集中在力学性能、热工性能、耐久性与其组成、孔结构的相关性方面，也可能因其内部孔隙呈封闭不连通，故鲜有将其制作成多孔分离材料方面的研究和应用。

光催化氧化是一种新型的污染物无害化处理技术，可以对污染物进行彻底的氧化分解，故在民用建筑抗菌自清洁材料、空气净化、有机污染物及无机污染物的降解中受到了广泛的关注。由于二氧化钛的催化活性高、耐腐蚀、成本低、无毒、稳定性好，已成为应用最广泛的绿色环保光催化剂之一。目前，常用来负载二氧化钛催化剂的基体分离材料有聚合物分离膜和无机分离膜。其中无机分离膜主要是以多孔陶瓷膜为主，例如有CN201210242295.4、CN201220427781.9、CN201110396311.0，CN200910106481.3，CN02111800.0、CN200910010282.2、CN200920204972.7，CN200610134322.0等几十种专利技术涉及到以多孔陶瓷膜作为负载二氧化钛的支撑材料。二氧化钛无机复合膜的化学稳定性优良，光催化和分离效果显著，但因陶瓷膜成本高，较难实现大规模应用。相比之下，聚合物膜材料成本较低，但经长时间的紫外照射，膜表面结构产生损坏的可能性很大，常用的聚合物包括聚酰胺(CN200610010287.1)、聚氯乙烯(CN201110006935.7)、聚丙烯(CN200710011532.5)等材料，但都存在不耐紫外辐射氧化，难以满足其长时间稳定运行的要求。虽然聚偏氟乙烯(CN200710072042.6)、聚四氟乙烯(CN201310015630.1)等聚合物的抗辐射氧化能力较强，但含氟类聚合物的合成工艺复杂，价格昂贵，亦不是较佳的选择。故本发明中提出以水泥为胶凝基体制备成具有分离性能的多孔材料，将其作为催化剂的载体，不仅可以经受长时间的催化氧化，而且原料价格低廉，易获取。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状二维结构的新材料，具有独特的电学性能。近期已有CN201110456027.8，CN201110373001.7，CN201210582986.9，CN201210008432.8和CN201019060001.4等专利证明：二氧化钛与氧化石墨烯复合后，不仅可充分利用紫外和自然光来激发产生空穴，同时延长了电子/空穴对的寿命，大大提高了其光催化效果。目前还没有涉及采用二氧化钛/氧化石墨烯复合掺杂的多孔水泥基材料方面的报道及专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种功能型多孔水泥基复合材料及其制备方法，所述复合材料的制备工艺简单，成本低，耐氧化，可将光催化与分离的功能结合为一体，使其不仅具有分离的性能，而且具有通过紫外光和自然光来催化降解污染物达到自洁净、抗污染的特性。

本发明采用的技术方案如下：

一种功能型多孔水泥基复合材料，所述复合材料由下列质量比的各原料制成：水泥：骨料：水：外加剂：催化剂＝1-1.2：0-6：0.2-0.8：0-0.04：0-0.2，其中骨料和外加剂可以为0，催化剂含量不为0，所述催化剂为二氧化钛与氧化石墨烯的复合物。

所述的二氧化钛与氧化石墨烯的复合物催化剂中氧化石墨烯与二氧化钛的质量比不大于0.1。

所述的二氧化钛与氧化石墨烯的复合物催化剂可通过下法获得：先将氧化石墨引入持续搅拌均匀的淡黄色二氧化钛胶体悬浮溶液中，然后超声分散直至形成均匀溶液，再置于紫外灯下照射15-20min，获得黑色二氧化钛/氧化石墨烯复合物溶液，将其自然晾干后，经500-700℃的真空炉煅烧1h，即得二氧化钛与氧化石墨烯的复合物催化剂。

超声时间宜控制在30min以上。

所述的氧化石墨可通过但不限于按照以下方法获得：称取5g鳞片石墨与5g硝酸钠置于装有160mL98％浓硫酸的三口烧瓶中，在冰浴中恒温搅拌反应1h，然后继续分次、缓慢加入23g高锰酸钾(注意保持温度)，并持续搅拌反应2h左右后室温下置放一周，然后用500mL5％的硫酸溶液稀释(注意温度会迅速升高)后搅拌2h，最后加入15mL30％双氧水还原剩余的高锰酸钾2h。再经重复多次水洗离心，直至呈中性后真空干燥即得氧化石墨。氧化石墨的制备在现有技术中有多种方法，不局限于上述方法。