光催化、疏水等功能性水泥基材料研究

发布时间：2020-05-28 00:38

【摘要】：水泥作为建筑中使用量最大的一种材料,其功能性的研发也是研究者最为关注的。绿色建筑的推行与发展是世界建筑业未来发展的主题,开发对环境友好的材料是水泥材料的发展趋势。目前已经研究的功能性水泥有很多,如半透明水泥混凝土、导电水泥混凝土和光催化水泥混凝土等。本论文结合了绿色建筑的发展状况,考虑了水泥的功能性研究现状,依据绿色建筑的原则,提出了赋予水泥自清洁疏水的功能、光催化性能和去除水中重金属离子特性的方法。观察制备的功能水泥的微观形貌和其所含成分,深入分析其化学功能特性机理,并用对应的功能特性进行实际效果测试。具体研究内容和结果如下:(1)通过纳米铸造技术将荷叶表面的微结构复制到硅酸盐水泥的表面,使得水泥表面具有荷叶状微结构,成功地制作了具有超疏水性能的硅酸盐水泥。通过环境扫描电子显微镜(ESEM)分析了荷叶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和不同粘度硅酸盐水泥的表面形貌与结构,并用水接触角测量制备超疏水水泥的疏水性;通过清晰标记实验测试制备的超疏水水泥的自洁性能。实验结果表明,对于最佳试样,超疏水水泥表面的水的接触角约为140°。此外,测量了水泥表面的滚动角小于5°,进一步证实了水泥表面的超疏水性能。(2)成功地制备了Ag/AgBr/MOC复合材料,研究了其光催化活性,并以此材料为基础制备了氯氧镁(MOC)水泥材料艺术品小瓶。通过X射线衍射仪(XRD)分析了MOC水泥的晶相种类,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-vis)漫反射光谱分析了Ag/AgBr/MOC复合材料的表面信息与光吸收性能,通过甲醛气体评价Ag/AgBr/MOC复合材料和MOC水泥材料艺术品小瓶的光催化活性。实验结果表明,MOC水泥提供了一个主要由针状结构5相构成的三维网状结构。200 nm左右的AgBr纳米颗粒悬浮液喷涂在MOC水泥的基底上来实现AgBr纳米颗粒的沉积。UV-vis光谱和XPS显示AgBr在光照下产生金属Ag纳米粒子。在自然光和紫外光下制备的样品显示对甲醛高去除率。H_2O/MgO摩尔配比为14的样品表现出比其他样品更高的降解效率。基于复合材料制备的艺术品小瓶在室温下进行光催化降解甲醛,可以在两天内完全降解初始浓度50 ppm甲醛。(3)通过有机-无机杂化的方式使用3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷(TCPS)改性碱激发的粉煤灰(FA)制备T-FA复合材料,并将T-FA掺入透水水泥混凝土中制备可在环境中去除重金属的功能材料。通过SEM、傅里叶变换红外光谱(FI-IR)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)和核磁共振(NMR)分析了T-FA的表面形貌与结构;通过T-FA和掺入T-FA透水水泥混凝土去除Cd(Ⅱ)的实验分析了T-FA对重金属离子的去除效果。实验结果表明,FA被碱激发后,在其表面形成了SiOH。碱激发的FA珠粒出现新的红外峰。TCPS分子的-CH_2的不对称振动峰出现在2976 cm~(-1),-CN峰出现在2995 cm~(-1)。~(29)Si NMR图显示了了从Q_4[(SiO)_2Si(OSi)_2]到Q_2[(SiO)_2Si(OH)_2]的变化,表明硅氧键被碱激发后分解成硅醇键。通过掺入T-FA珠,成功地制备了具有重金属去除能力的透水性混凝土。10×10×10 cm~3的立方体混凝土能在5 L溶液中固定Cd(Ⅱ),并且可以将Cd(Ⅱ)从300 ppm降至15.86 ppm。
【图文】：

发展的主要产业，传统建筑业未考虑环全球环境问题日益凸显的背景下，生建筑师提出，随后建筑业进入了可持可持续发展阶段慢慢完善。世界建筑个绿色建筑标准在英国于 1990 年发布色建筑的定义并没有明确的统一，由色建筑的定义也不尽相同。绿色建筑 LucilePackardFoundation 将绿色建筑传统建筑的建筑”[2]。绿色建筑的绿色下尽量减少其对环境的污染，创造人

构的水泥表面都标出字母“T”，将两块水泥置于水流下，，时间保持 1 h，水流的流量（直径）约为 0.8 cm，流速擦拭两个样品的表面。最后，，将样品表面拍照，以此来分水泥表面的自洁效果。讨论表面复制荷叶状微结构
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ172.7

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本文编号：2684413