自清洁透水砖关键技术和工艺的研究

【摘要】：近几年,随着城市化进程的推进,但是也加重了对环境的影响。各国面临着水资源短缺、热岛效应等问题,为了解决这些问题,世界各国的共同的目标就是开始建设“生态城市”。最近几年城市内涝现象频发,都是由于城市中的不透水路面未能及时将雨水深入到地下。而普通透水砖容易出现雨水堵塞住孔隙的现象,因此,自清洁透水砖的制备势在必行。 本论文的关键技术及工艺是决定制备自清洁透水砖的可行性,因此选择透水砖的各原料质量比、成型压力的控制、烧结温度的选择及保温时间；制备纳米TiO2前驱体的原料浓度、表面活性剂、助表面活性剂的选择、反应时间等是本次实验的主要工艺,制备自清洁透水砖的过程中的制备方法、二次煅烧温度等是本次实验的关键技术。 本文参照CaO-Al2O3-SiO2三元相图,以粉煤灰为主要原料,糖滤泥、处理过的熟污泥为成孔剂,硅藻土为粘结剂,脱硫石膏、废陶瓷为骨料,废玻璃为助熔剂制备透水砖。以微乳液法制备纳米Ti02前驱体,采用负压法将纳米Ti02前驱体负载到透水砖的孔隙中,经过二次煅烧使Ti02前驱体形成锐钛矿型纳米Ti02负载到孔隙里,从而制备出具有光催化降解性能的自清洁透水砖。通过孔径分布及比表面积分析仪、XRD、SEM、阿基米德原理、万能试验仪等对透水砖的比表面积、显微结构、物相组成、孔隙率、抗折强度等进行了表征。讨论了复合表面活性剂比例、反应物浓度等因素对粉体粒径的影响,最后探讨了自清洁透水砖光催化降解甲基橙溶液的效果。 实验结果表明：粉煤灰为15%,城市熟污泥10%,糖滤泥5%,废陶瓷+废玻璃5%,硅藻土30%,脱硫石膏35%时,成型压力为15MPa,烧结温度为1070℃,保温时间为30min,制得的透水砖的吸水率为43.59%,孔隙率为47.43%,密度为1.09g/cm3,抗折强度为12.09MPa,各项性能均达到JC/T945-2005《透水砖》国家标准。 以复合表面活性剂Span80:Tween40=3:1,Span80为6g, Tween40为2g,油相环己烷40g,助表面活性剂正丁醇5m1,取8m1浓度为3ml/L的NH3H2O,8ml浓度为0.6m1/L的TiCl4溶液,将微乳液体系搅拌5h,陈化12h,在高速离心机中以4000r/min的速度离心10min,沉淀用丙酮洗涤3次,得到前驱体。 采用负压法将前驱体负载到直径为2.5cm的圆形透水砖样品中,二次煅烧为450℃,生成锐钛矿型纳米Ti02负载在透水砖孔隙中,之后对50mL浓度为20mg/L甲基橙进行光催化降解实验,光照时间为100min。得到具有良好光催化性能的自清洁透水砖。 【关键词】：自清洁透水砖 纳米TiO_2粉体 负压法 光催化降解性能
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU522.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 引言12-13
• 第二章 文献综述13-29
• 2.1 固体废弃物13-15
• 2.1.1 固体废弃物简介13
• 2.1.2 固体废弃物的处理方式以及存在的问题13-14
• 2.1.3 本文利用固体废弃物的方式以及意义所在14-15
• 2.2 透水砖15-16
• 2.2.1 透水砖简介15-16
• 2.2.1.1 透水砖的分类15
• 2.2.1.2 透水砖的性能15-16
• 2.3 原料16-22
• 2.3.1 粉煤灰16-17
• 2.3.2 城市熟污泥17-19
• 2.3.3 糖滤泥19-20
• 2.3.3.1 糖滤泥的理化性质19
• 2.3.3.2 糖滤泥做成孔剂制透水砖的可行性19-20
• 2.3.4 废陶瓷20
• 2.3.5 废玻璃20-21
• 2.3.5.1 废玻璃简介20
• 2.3.5.2 国内外废玻璃的回收20-21
• 2.3.6 硅藻土21
• 2.3.7 脱硫石膏21-22
• 2.4 纳米TiO_222-25
• 2.4.1 纳米TiO_2简介22-23
• 2.4.2 纳米TiO_2的应用23
• 2.4.3 液相法制备纳米TiO_2的方法23-25
• 2.4.3.1 溶胶凝胶法23-24
• 2.4.3.2 水热法24
• 2.4.3.3 沉淀法24
• 2.4.3.4 微乳液法24-25
• 2.4.4 纳米TiO_2的光催化降解作用25
• 2.5 自清洁透水砖25-26
• 2.5.1 简介25-26
• 2.5.2 自清洁透水砖的优势26
• 2.6 自清洁透水砖研究现状26-27
• 2.7 本课题关键技术和工艺27-29
• 第三章 自清洁透水砖的研究29-45
• 3.1 实验内容29
• 3.2 实验仪器和设备29-31
• 3.2.1 制备仪器设备29-30
• 3.2.2 分析测试仪器与设备30-31
• 3.2.3 主要玻璃仪器及其它31
• 3.3 实验原料31-32
• 3.3.1 制备透水砖原料31-32
• 3.3.2 制备纳米TiO_2原料32
• 3.4 原料的处理32-34
• 3.4.1 纳米TiO_2原料的处理32-33
• 3.4.1.1 反应物溶液的配制32-33
• 3.4.1.2 氨水溶液的稀释33
• 3.4.2 透水砖原料的处理33-34
• 3.4.2.1 粉煤灰的预处理33
• 3.4.2.2 粘土的预处理33
• 3.4.2.3 城市熟污泥的预处理33
• 3.4.2.4 糖滤泥的预处理33
• 3.4.2.5 废陶瓷的预处理33-34
• 3.4.2.6 废玻璃的预处理34
• 3.4.2.7 硅藻土的预处理34
• 3.4.2.8 脱硫石膏的预处理34
• 3.5 制备自清洁透水砖34-38
• 3.5.1 实验思路34
• 3.5.2 配方设计34-35
• 3.5.3 制备工艺过程35-38
• 3.5.3.1 纳米TiO_2前驱体的制备35-36
• 3.5.3.2 透水砖的制备36-37
• 3.5.3.3 自清洁透水砖的制备37-38
• 3.6 自清洁透水砖性能测试38-45
• 3.6.1 纳米TiO_2的测定38-39
• 3.6.1.1 煅烧温度的确定38
• 3.6.1.2 纳米TiO_2的XRD测试38
• 3.6.1.3 纳米TiO_2的粒度分布的测试38-39
• 3.6.1.4 纳米TiO_2的SEM测试39
• 3.6.2 自清洁透水砖的性能测试39-45
• 3.6.2.1 自清洁透水砖孔隙率的测试39-40
• 3.6.2.2 自清洁透水砖密度及容重的测试40-41
• 3.6.2.3 自清洁透水砖吸水率的测试41
• 3.6.2.4 自清洁透水砖烧失率的测试41-42
• 3.6.2.5 自清洁透水砖抗压、抗折强度的测试42-43
• 3.6.2.6 自清洁透水砖比表面积的测试43
• 3.6.2.7 自清洁透水砖XRD的测试43-44
• 3.6.2.8 自清洁透水砖SEM的测试44
• 3.6.2.9 自清洁透水砖光催化降解性能的测试44-45
• 第四章 结果分析与讨论45-71
• 4.1 纳米TiO_2的分析45-49
• 4.1.1 煅烧温度的确定45-46
• 4.1.2 复合表面活性剂的比例对粒径的影响46-47
• 4.1.3 反应物浓度对粒径的影响47-48
• 4.1.4 煅烧温度对TiO_2晶型的影响48-49
• 4.2 透水砖的性能分析49-67
• 4.2.1 原料的分析49-51
• 4.2.1.1 糖滤泥烧失率的确定49-50
• 4.2.1.2 城市熟污泥烧失率的确定50-51
• 4.2.2 关键技术的确定及分析51-56
• 4.2.2.1 最佳配方的确定51-54
• 4.2.2.2 烧结温度的确定54-56
• 4.2.3 透水砖的物相及微观结构分析56-60
• 4.2.3.1 物相分析56-57
• 4.2.3.2 微观结构分析57-59
• 4.2.3.3 孔径及比表面积分析59-60
• 4.2.4 成孔剂对透水砖性能的影响60-63
• 4.2.5 工艺参数对透水砖性能的影响63-67
• 4.2.5.1 烧结温度对透水砖性能的影响63-64
• 4.2.5.2 烧结温度对透水砖密度、抗折强度的影响64-65
• 4.2.5.3 保温时间对透水砖吸水率、孔隙率的影响65-66
• 4.2.5.4 保温时间对透水砖抗折强度的影响66
• 4.2.5.5 成型压力对透水砖性能的影响66-67
• 4.3 自清洁透水砖性能的分析67-71
• 4.3.1 纳米TiO_2的负载量对自清洁透水砖光催化性能的影响67-68
• 4.3.2 纳米TiO_2的负载次数对自清洁透水砖光催化性能的影响68-69
• 4.3.3 自清洁透水砖与纳米TiO_2粉体降解率的比较69-71
• 第五章 结论71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录 硕士期间发表论文及其他成果77

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