论文总字数：29864字

摘 要

随着我国近些年来加快城镇化建设和棚户区改造速度，绿色环保、自清洁型建筑材料将有广泛的应用前景。本文依据纳米二氧化钛的光催化性能，研究设计了纳米二氧化钛的分散工艺、光催化水泥基材料的制备和对亚甲基蓝为代表的有机物的光催化降解的实验。本文的研究为后续的光催化水泥基材料的应用实验提供了部分实验数据和思路。本文研究内容与结果如下：

通过实验研究了二氧化钛含量、超声分散时间、分散剂种类和分散剂含量对纳米二氧化钛分散性能的影响，并结合重力沉降法和吸光度测试法的原理对二氧化钛的分散效果进行了评价。研究结果表明，1%，3%，5%，7% 含量的纳米TiO₂超声波分散相对最适宜的时间分别为30 min、20 min、20 min和10 min；最适宜的分散剂含量和种类分别为10% 的十二烷基硫酸钠、8% 的六偏磷酸钠、6%的六偏磷酸钠、6%的六偏磷酸钠。

研究设计了光催化水泥试样的制备和自制光催化效果评定装置，结果表明水泥中掺入TiO₂将具有催化分解亚甲基蓝等有机物的功能，随着光催化水泥中TiO₂含量的增加，其吸附性能逐渐下降，且对亚甲基蓝的光催化降解能力逐渐提升；随着水泥水化龄期的延长，水泥试样对亚甲基蓝的吸附率和降解率都大幅降低，即3h的吸附率和催化降解率都下降接近25%。

关键词：纳米二氧化钛，光催化，分散稳定性

Abstract

With the acceleration of Chinese urbanization and shantytown reconstruction in recent years, environment-friendly and self-cleaning building materials will have wide prospects. Based on photocatalytic performance of nano titanium dioxide, we design the experiments of the dispersion of nanometer titanium dioxide technology, preparation of photocatalytic cement-based materials and catalytic degradation of Methylene blue. This study provides some experimental data and ideas for the subsequent application of photocatalytic cement-based materials. The content and results of the article are as follows:

The effect of content of titanium dioxide, time of ultrasonic dispersion, dispersant types and dispersant content on the dispersion of nano titanium dioxide is studied experimentally. Combined with the principle of gravitational sedimentation and absorbance test, the dispersion effect of titanium dioxide was evaluated. The results of research show that: The optimal time for ultrasonic dispersion of nanometer TiO₂ with content of 1%, 3%, 5% and 7% are 30 min, 20 min, 20 min and 10 min respectively, The most suitable dispersants are 10% K12, 8% SHMP, 6% SHMP and 6% SHMP respectively.

The preparation of photocatalytic cement sample and the self-made photocatalytic effect evaluation device are designed. The results show that the addition of TiO₂ into cement will have the function of catalytic decomposition of organics such as methylene blue. As the content of TiO2 in the photocatalytic cement increased, its performance of adsorption gradually decreases and the photocatalytic degradation ability of methylene blue increases; With the extension of cement hydration , the adsorption rate and degradation rate of cement samples to methylene blue have been greatly reduced, that means that the adsorption rate and catalytic degradation rate of 3h have both decreased by nearly 25%.

KEY WORDS: Nano titanium dioxide, photocatalytic, dispersion stability.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 光催化建筑材料的研究发展 2

1.2.1 TiO₂的结构和性质 2

1.2.2 纳米TiO₂分散效果表征 3

1.2.3 纳米TiO₂光催化机理 4

1.2.4 光催化建筑材料的研究现状和应用 5

1.3 研究内容 7

第二章 原材料、设备及测试方法 8

2.1 实验主要原材料 8

2.2 实验设备 9

2.3 实验研究方法 10

2.3.1 纳米TiO₂分散方法 10

2.3.2 重力沉降法表征纳米TiO₂分散效果 10

2.3.3 光催化水泥试样的制备 11

2.3.4 光催化活性的测定方法 11

第三章 纳米TiO₂的分散研究 13

3.1 纳米TiO₂分散的必要性和方案设计 13

3.1.1 纳米TiO₂分散的必要性 13

3.1.2 方案设计 13

3.2 结果分析 16

3.2.1 超声波分散时间对纳米TiO₂分散的影响 16

3.2.2 二氧化钛的量对超声分散纳米TiO₂的影响 19

3.2.3 化学分散剂的种类和量对纳米TiO₂分散的影响 20

3.3 本章小结 24

第四章 光催化水泥的制备及其性能研究 25

4.1 光催化水泥的制备工艺 25

4.2 光催化水泥中TiO₂含量对亚甲基蓝降解率的影响 25

4.2.1 对水泥吸附亚甲基蓝的影响 28

4.2.2 对水泥降解亚甲基蓝的影响 29

4.3 光催化水泥水化龄期对亚甲基蓝降解率的影响 30

4.3.1 对水泥吸附亚甲基蓝的影响 30

4.3.2 对水泥降解亚甲基蓝的影响 31

4.4 分散效果对亚甲基蓝降解率的影响 32

4.4.1 对水泥吸附亚甲基蓝的影响 32

4.4.2 对水泥降解亚甲基蓝的影响 33

4.5 本章小结 34

第五章 结论与展望 35

5.1 结论 35

5.2 展望 35

致谢 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1 研究背景

截止到目前为止，我国的城镇化水平仅仅是西方发达国家的一般左右，而未来的十几年将是我国城镇化建设和棚户改造快速推进的过程，预估再过七年左右，我国新增住房面积将达110亿平方米，建筑工程浩大(见图1-1)^[1]。而水泥基材料是目前建筑、土木最常用的工程材料，其不仅具有良好的经济性，而且具有较高的强度、较好的耐久性等优异特点。

但是近些年来，随着经济的快速发展，周围的空气污染也日益严重，这意味着我国将会长期处于大气污染中，而这些空气中的污染物诸如大量的粉尘、有机颗粒、氮氧化物等都极易吸附在水泥基材料表面而产生污迹，对建筑物的外墙美观等其它性能都将产生严重影响(图1-2所示)。与此同时，对于这类外墙污染的清洗与维护，将会耗费社会极大的经济与人力成本。鉴于此情况以及人们对生活质量要求的不断提高和环保节能意识的不断增强，研究学者开始寻求一种具有自清洁功能的水泥基材料。在学者们不断探索的情况下，二氧化钛优异的光催化性能得以发现并将之用在建筑材料中。

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