[发明专利]一种光催化自清洁水泥材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种光催化自清洁水泥材料及其制备方法与应用，特别是涉及一种尾矿‑氧化石墨烯‑半导体光催化剂水泥基复合材料的制备方法。所述光催化自清洁水泥材料，由如下质量百分比的组份组成：尾矿50‑80％；水泥18‑50％；氧化石墨烯0.01‑2％；半导体光催化剂0.5‑5％；萘系高效减水剂0.1‑0.4％。本发明所述光催化自清洁水泥材料中石墨烯基材料组份可以显著改善尾矿复合型水泥材料的抗折强度和抗压强度等力学性能，同时加入半导体光催化剂组份可赋予水泥基材料优异的光催化性能，应用于降解水体中的有机污染物、大气中的氮氧化物、硫化物等。

技术领域

本发明涉及一种光催化自清洁水泥材料及其制备方法与应用，特别是涉及一种尾矿-氧化石墨烯-半导体光催化剂水泥基复合材料及其制备方法与应用，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

随着现代材料产业快速发展，矿山尾矿等工业固体废弃物排量与日俱增，尾矿库长期面临山洪和泥石流威胁，危及下游人民群众生命财产安全。尾矿作为配料用于生产硅酸盐水泥和高标号水泥的技术日臻成熟，可直接应用于旋窑、立窑水泥的生产，尤其适合立窑水泥熟料的生产，不仅经济效益显著，还可为矿山和水泥企业带来显著的社会效益和环境效益。然而，由于水泥材料本身高脆性而引发裂缝和渗透等，导致水泥材料在使用过程中力学性能下降、使用寿命缩短。

相关研究表明，将石墨烯纳米片层结构引入水泥基体中，能有效改善砂浆界面过渡区和其孔结构，从而使其获得优异的力学性能和抗裂能力。吕生华课题组(吕生华，孙婷，马宇娟，邱超超，丁怀，刘晶晶.纳米氧化石墨烯对水泥复合材料中水化晶体结构的控制及增韧作用[J].Concrete,2013,11(289):001-006.)巧妙地利用纳米氧化石墨烯超大比表面积和丰富的表面官能团，进而调控水泥材料水化产物的微观结构，有效地改善水泥基复合材料的韧性、脆性裂缝等力学性能。

近年来，人类的生活环境污染状况日益严重，其中，主要的污染物来源于汽车尾气排放。现有的路面大多采用水泥铺设而成，如果将光催化剂固载于水泥表面，应用于隧道墙面、人行道路等，可以直接利用太阳能实现自清洁，可以有效去除大气环境中的有机污染物。李丽等(李丽，钱春香.南京长江三桥光催化功能性混凝土路去除汽车排放氮氧化物的研究[J].河南科技大学学报,自然科学版,2009,30(1):4952.)将纳米TiO₂浆液喷洒在南京长江三桥桥北收费站广场的混凝土路面，实验结果表明负载TiO₂后的混凝土路面能够有效处理汽车排放尾气中氮氧化物。

虽然在混凝土路面喷洒TiO₂浆液等光催化剂能降低路表面空气污染物浓度，但是仍存在以下问题：(1)水泥材料力学性能比较差；(2)催化降解效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化自清洁水泥材料及其制备方法与应用，解决现有技术中水泥材料力学性能比较差和催化降解效率低的技术问题。

本发明的实现过程如下：

一种光催化自清洁水泥材料，由如下质量百分比的组份组成：

尾矿 50-80％；

水泥 18-50％；

氧化石墨烯 0.01-2％；

半导体光催化剂 0.5-5％；

萘系高效减水剂 0.1-0.4％。

其中，所述尾矿为含钼尾矿或含铁尾矿。

所述半导体光催化剂为半导体杂多酸盐、半导体金属氧化物、半导体金属氧化物的盐或半导体硫化物中任意之一。

所述氧化石墨烯为未改性氧化石墨烯、表面改性氧化石墨烯或三维网络结构氧化石墨烯中任意之一。