本發(fā)明屬于建筑材料，尤其涉及一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法及該涂層的施工工藝。

背景技術(shù)：

1、在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用已成為綠色建筑技術(shù)發(fā)展的重要方向，其通過光催化反應(yīng)分解污染物、抗菌抑菌的特性，顯著提升了混凝土結(jié)構(gòu)的綜合性能。目前市場上主流的光催化材料以納米二氧化鈦為主，例如日本東芝公司生產(chǎn)的st-k01型tio2光催化劑，比表面積45-55m2/g，其通過紫外光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解。然而，該類材料存在三大缺陷：紫外光依賴性強(qiáng)，僅占太陽光譜的3%-5%，在自然光條件下催化效率低；與混凝土基體結(jié)合力弱，經(jīng)雨水沖刷后脫落率高達(dá)60%；二氧化鈦光生載流子復(fù)合率超過80%，導(dǎo)致量子效率低下。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利cn111036234a提出采用金屬注射成形技術(shù)制備光催化復(fù)合涂層，但工藝需200-400℃預(yù)熱及激光燒結(jié)，能耗超過15kw·h/m2，施工成本過高。

3、現(xiàn)有技術(shù)普遍存在以下問題：光催化材料可見光響應(yīng)不足導(dǎo)致實(shí)際環(huán)境利用率低；涂層與基體界面結(jié)合力差導(dǎo)致耐久性不足；復(fù)雜制備工藝導(dǎo)致成本高且難以工業(yè)化應(yīng)用；光催化活性組分易被覆蓋或流失導(dǎo)致長效性差，這些問題嚴(yán)重制約了光催化涂層在橋梁、隧道、建筑外墻等實(shí)際場景中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，該方法包括以下步驟：

2、步驟s1：采用溶劑熱法制備鹵氧化鉍納米片biobr，將五水硝酸鉍與溴化鈉按1:1-1:1.5的摩爾比溶于乙二醇與水的混合溶劑中，所述乙二醇與水的體積比為3:2-5:2，反應(yīng)溫度為165-175℃，反應(yīng)時(shí)間為12-13小時(shí)；

3、步驟s2：將步驟s1的溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在160-180℃下反應(yīng)10-14小時(shí)，冷卻后離心清洗并干燥，離心清洗次數(shù)為5-8次，干燥溫度為60-80℃，得到鹵氧化鉍納米片；

4、步驟s3：通過st?ber法對biobr進(jìn)行二氧化硅包覆，形成sio2包覆層，將biobr分散于水中，加入乙醇和正硅酸乙酯，攪拌12-24小時(shí)，形成biobr@sio2核殼結(jié)構(gòu)，其中biobr與sio2的質(zhì)量比為1:0.2-1:0.5；

5、步驟s4：將biobr@sio2分散于乙醇與水的混合液中，配制成濃度為5-15wt%的光催化懸濁液，將所述光催化懸濁液噴涂于混凝土表面，固化后即得混凝土表面光催化功能涂層。

6、以下是本發(fā)明對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化：

7、在步驟s3中，所述sio2包覆層的厚度為5-50nm，在所述sio2包覆層中摻雜0.5-2wt%的氧化石墨烯。

8、進(jìn)一步優(yōu)化：乙醇與正硅酸乙酯的體積比為5:1-10:1。

9、進(jìn)一步優(yōu)化：在步驟s3中加入氨水作為催化劑，所述氨水濃度為0.1-0.5mol/l。

10、進(jìn)一步優(yōu)化：在步驟s4中加入聚乙二醇作為分散劑，所述聚乙二醇的添加量為懸濁液總質(zhì)量的0.1%-1%。

11、進(jìn)一步優(yōu)化：在步驟s4中，所述懸濁液還包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05-0.2%的十二烷基硫酸鈉。

12、進(jìn)一步優(yōu)化：步驟s4中，在所述光催化懸濁液噴涂于混凝土表面中復(fù)配0.1-0.5wt%的環(huán)氧樹脂。

13、本發(fā)明還公開了一種混凝土表面光催化功能涂層的施工工藝，該工藝包括以下步驟：

14、步驟t1：混凝土表面預(yù)處理，包括噴砂處理至表面粗糙度ra為10-50μm，并清除油污及松散顆粒；

15、步驟t2：噴涂光催化懸濁液，分2-3層噴涂，每層間隔10-30分鐘；

16、步驟t3：采用紫外燈輔助固化，固化時(shí)間為1-3小時(shí)，固化溫度為20-35℃，紫外波長為365-405nm。

17、進(jìn)一步優(yōu)化：在步驟t3后對涂層進(jìn)行疏水處理，噴涂含氟硅烷的乙醇溶液，疏水角≥120°。

18、進(jìn)一步優(yōu)化：步驟t2中每層噴涂厚度為3-8μm，噴涂壓力為0.3-0.6mpa，噴嘴與混凝土表面的距離為30-50cm。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

20、1.本發(fā)明采用biobr納米片作為光催化核心，其窄帶隙特性使光吸收范圍覆蓋可見光波段，太陽光利用率提升至45%以上，可見光響應(yīng)能力顯著提升，本發(fā)明通過sio2包覆層的光波導(dǎo)效應(yīng)，入射光在核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)形成多次反射，光能捕獲效率提高30%。

21、2.本發(fā)明摻雜氧化石墨烯，利用其π-π共軛效應(yīng)促進(jìn)光生電子傳輸，將載流子復(fù)合率從傳統(tǒng)tio2的80%降低至35%以下，量子效率提升至傳統(tǒng)涂層的2.3倍，這一改進(jìn)使涂層在自然光條件下仍能維持高效催化活性，突破了傳統(tǒng)材料對紫外光的依賴限制。

22、3.本發(fā)明的sio2包覆層與混凝土表面氫氧化鈣通過羥基形成化學(xué)鍵合，結(jié)合強(qiáng)度高，較物理吸附涂層提升，界面結(jié)合強(qiáng)度與耐久性顯著增強(qiáng)，復(fù)配環(huán)氧樹脂后，在紫外輔助固化下形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，脫落率遠(yuǎn)優(yōu)于普通涂料。

23、4.本發(fā)明中十二烷基硫酸鈉的加入使懸濁液滲透深度達(dá)到混凝土表層孔隙區(qū)域，形成機(jī)械互鎖效應(yīng)，此外，含氟硅烷疏水處理使接觸角大于120°，既防止雨水沖刷導(dǎo)致活性組分流失。

24、5.采用溶劑熱法結(jié)合st?ber法，實(shí)現(xiàn)biobr@sio2核殼結(jié)構(gòu)的低溫可控合成，避免傳統(tǒng)機(jī)械-熱力耦合工藝的高能耗問題。

25、6.光催化懸濁液噴涂工藝分2-3層實(shí)施，形成均勻覆蓋的涂層，相較于日本東芝st-k01型tio2涂層需高溫?zé)Y(jié)的工藝，本方法能耗降低70%以上，且固化溫度控制在20-35℃，顯著降低施工成本。

26、7.氨水催化體系與聚乙二醇分散劑的協(xié)同作用，確保懸濁液穩(wěn)定性超過72小時(shí)，滿足工業(yè)化連續(xù)噴涂需求。

27、8.通過sio2包覆層對biobr的物理隔離作用，防止活性組分與水泥水化產(chǎn)物的化學(xué)腐蝕，對比寧波材料所的雜化材料，本發(fā)明的涂層在環(huán)境適應(yīng)性與長效性方面明顯更加優(yōu)異。

28、9.本發(fā)明的涂層通過氧化石墨烯摻雜與環(huán)氧樹脂復(fù)配，涂層兼具導(dǎo)電性與抗靜電特性，表面電阻率降低，可應(yīng)用于防雷擊需求的橋梁與隧道。

29、下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

技術(shù)特征：

1.一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：在步驟s3中，所述sio2包覆層的厚度為5-50nm，在所述sio2包覆層中摻雜0.5-2wt%的氧化石墨烯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：乙醇與正硅酸乙酯的體積比為5:1-10:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：在步驟s3中加入氨水作為催化劑，所述氨水濃度為0.1-0.5mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：在步驟s4中加入聚乙二醇作為分散劑，所述聚乙二醇的添加量為懸濁液總質(zhì)量的0.1%-1%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：在步驟s4中，所述懸濁液還包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05-0.2%的十二烷基硫酸鈉。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法，其特征在于：步驟s4中，在所述光催化懸濁液噴涂于混凝土表面中復(fù)配0.1-0.5wt%的環(huán)氧樹脂。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法制備得到的混凝土表面光催化功能涂層的施工工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的施工工藝，其特征在于：在步驟t3后對涂層進(jìn)行疏水處理，噴涂含氟硅烷的乙醇溶液，疏水角≥120°。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種混凝土表面光催化功能涂層的施工工藝，其特征在于：步驟t2中每層噴涂厚度為3-8μm，噴涂壓力為0.3-0.6mpa，噴嘴與混凝土表面的距離為30-50cm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混凝土表面光催化功能涂層的制備方法及該涂層的施工工藝，采用溶劑熱法制備鹵氧化鉍納米片BiOBr，溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，通過St?ber法對BiOBr進(jìn)行二氧化硅包覆，形成BiOBr@SiO?核殼結(jié)構(gòu)，將BiOBr@SiO?分散于乙醇與水的混合液中以形成光催化懸濁液，將所述光催化懸濁液噴涂于混凝土表面，固化后即得混凝土表面光催化功能涂層。本發(fā)明通過核殼結(jié)構(gòu)、氧化石墨烯摻雜及分層噴涂工藝，解決了現(xiàn)有光催化涂層的紫外依賴、結(jié)合力差不足問題，測試數(shù)據(jù)表明，涂層在可見光催化效率、界面結(jié)合強(qiáng)度和耐沖刷性方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，適用于橋梁、隧道等實(shí)際工程場景。

技術(shù)研發(fā)人員：王金武,宗梁,張新華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8