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一种功能化建筑废弃物材料及其资源化利用的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-08-28
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-02-01
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-05-25
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-08-28
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810985433.5 申请日 2018-08-28
公开/公告号 CN109158405B 公开/公告日 2021-05-25
授权日 2021-05-25 预估到期日 2038-08-28
申请年 2018年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 B09B3/00 主分类号 B09B3/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 9
权利要求数量 10 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏大学 当前专利权人 江苏大学
发明人 李张迪、张涛、邱凤仙、岳学杰、杨冬亚、魏庚尧 第一发明人 李张迪
地址 江苏省镇江市京口区学府路301号 邮编 212013
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明属于废弃物再利用技术领域,涉及建筑废弃物的再利用,尤其涉及一种功能化建筑废弃物材料,以建筑废弃物碎粒为基体材料,其粒径在50~500μm,通过结合种子法、水热反应和热处理过程,在所述建筑废弃物碎粒上原位生长一层具有多级微纳米结构的TiO2纳米片涂层,对建筑废弃物进行功能化处理。本发明还公开了所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法。本发明通过原位生长技术构筑一层具有诸多优良特性的微纳米结构的TiO2纳米片涂层,赋予无用甚至有害的建筑废弃物材料新的特性,实现资源化利用,得到的新材料具有意想不到的技术效果,例如在光催化、电池材料或特殊表面润湿性材料等领域将具有很大的应用潜力和广阔的应用前景。
  • 摘要附图
    一种功能化建筑废弃物材料及其资源化利用的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种功能化建筑废弃物材料及其资源化利用的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-05-25 授权
2 2019-02-01 实质审查的生效 IPC(主分类): B09B 3/00 专利申请号: 201810985433.5 申请日: 2018.08.28
3 2019-01-08 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)将建筑废弃物基体材料用水和乙醇溶液洗涤3~5次,在60~100℃干燥3~6h;
b)按基体材料与钛源的质量比为1:2~10:1,将钛源滴加到基体材料中充分混合,室温自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的基体材料;
c)按0.5~2 mol/L 无机碱溶液与30wt% H2O2的体积比为20:1~160:1,充分混合后得到无机碱/H2O2混合溶液;
d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入10~30 mL的无机碱/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与无机碱/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,120~180℃水热反应18~24 h;所得粗品分别用水和乙醇洗涤3~5次,在40~80℃下真空干燥3~
7h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料;
e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料放置在管式炉中,200~600℃煅烧2~5h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化建筑废弃物材料。

2.根据权利要求1所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤a)所述洗涤后于80℃干燥4 h。

3.根据权利要求1所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤b)所述钛源为钛酸四丁酯、钛酸四乙酯和钛酸四异丙酯中的一种或多种组合;按基体材料与钛源的质量比为5:1。

4.根据权利要求3所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤b)所述钛源为钛酸四丁酯。

5.根据权利要求1所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤c)所述无机碱溶液为1mol/L且与H2O2的体积比为50:1,充分混合后得到无机碱/H2O2混合溶液。

6.根据权利要求1所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤d)所述按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入15mL的无机碱/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与无机碱/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,140℃水热反应20 h;所得粗品分别用水和乙醇洗涤3~5次,在60℃下真空干燥5h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料。

7.根据权利要求1所述功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,其特征在于:步骤e)所述将具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料放置在管式炉中,400℃煅烧
3h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化建筑废弃物材料。

8.根据权利要求1‑7任一所述方法制备得到的功能化建筑废弃物材料,以建筑废弃物碎粒为基体材料,其特征在于:其粒径在50~500μm,通过结合种子法、水热反应和热处理过程,在所述建筑废弃物碎粒上原位生长一层具有多级微纳米结构的TiO2纳米片涂层。

9.根据权利要求8所述功能化建筑废弃物材料,其特征在于:所述建筑废弃物,是指废砖、废瓦、建筑渣土、废混凝土或废玻璃原料。

10.根据权利要求8所述功能化建筑废弃物材料,其特征在于:所述建筑废弃物基体材料,是将建筑废弃物进行分类、选取、清洗、破碎、研磨和过筛后即得。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于废弃物再利用技术领域,涉及建筑废弃物的再利用,尤其涉及一种功能化建筑废弃物材料及其资源化利用的制备方法。

背景技术

[0002] 随着全球经济和科技的飞速发展和城市进程的加快,建筑业一直处于带动经济发展的领跑行业。但与此同时,建筑业以生产对环境有害的废物而闻名,占了废物流的很大一部分,建筑废弃物的有效处理是一个急需解决的难题。传统且最普遍的处理方法是填埋,这种传统的处理方法导致材料资源以及在材料制造中能源和成本的消耗。此外,选择填埋方式会增加额外的处置费用,且很容易达到最大填埋容量,并大大减少垃圾填埋场的使用寿命,带来更多的经济和生态问题。因此,建筑废弃物的管理需要朝着可持续发展的方向发展,其中建筑废弃物资源化是具有发展潜力和前景的一种方式。所谓“资源化”就是对建筑废弃物尽可能回收、再加工,使废弃资源实现再利用。建筑废弃物包括建筑渣土、废砖、废瓦、废混凝土、散落砂浆、钢材、木材、玻璃和塑料等,其中因建筑渣土、废砖、废瓦和废混凝土等难以处理且回收价值很低,资源化利用主要针对这几类废弃物进行。
[0003] 纳米级二氧化钛具有优良的化学稳定性、热稳定性、超亲水性,高比表面积和热导性等特点,被广泛地应用于在光催化领域、抗紫外材料、自清洁材料、传感器、电池原料光伏器件等领域,因其诸多功能和优势在全世界范围内得到了广泛研究。其物理化学性能不仅受到内在电子结构的影响,还与其尺寸、形貌和表面结构及性质都有密切的关系。纳米级二氧化钛由于尺寸的限制常与其他材料负载一起,利用纳米级二氧化钛的独特的物理化学性质与不同的基体材料共同作用,提高实用性,使其应用到各种领域中。
[0004] 本发明以难以处理的建筑废弃物为基体材料,在其上构筑具有优良特性的纳米二氧化钛,赋予建筑废弃物新的性能,实现功能化处理,使无用乃至有害的建筑废弃物垃圾变为有价值有意义的新材料,为建筑废弃物的“回收→处理→再生产→再利用”的产业化提供了新的方向。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术中存在的不足,本发明的目的是公开一种功能化建筑废弃物材料及其资源化利用的方法。该材料是以建筑废弃物碎粒为基体材料,通过原位生长技术在其上构筑具有微纳米级的TiO2纳米片涂层,赋予建筑废弃物新的特性,实现对建筑废弃物的无害化和资源化利用。
[0006] 技术方案:
[0007] 一种功能化建筑废弃物材料,以建筑废弃物碎粒为基体材料,其粒径在50~500μm,通过结合种子法、水热反应和热处理过程,在所述建筑废弃物碎粒上原位生长一层具有多级微纳米结构的TiO2纳米片涂层,对建筑废弃物进行功能化处理。
[0008] 本发明所述建筑废弃物,来源于无机建筑废弃物,如玻璃废弃物、砖块废弃物、石砌体废弃物、混凝土废弃物等。
[0009] 本发明所述建筑废弃物基体材料,将建筑废弃物进行分类、选取、清洗、破碎、研磨和过筛后即得。
[0010] 上述基于功能化建筑废弃物材料的资源化利用制备方法,具体包括以下步骤:
[0011] a)将建筑废弃物基体材料用水和乙醇溶液洗涤3~5次,在60~100℃干燥3~6 h,优选80℃干燥4 h;
[0012] b)按基体材料与钛源的质量比为1:2~10:1,优选5:1,将钛源滴加到基体材料中充分混合,室温自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的基体材料;
[0013] c)按0.5~2 mol/L 无机碱溶液与30 wt% H2O2的体积比为20:1~160:1,优选无机碱溶液为1mol/L,且与H2O2的体积比为50:1,充分混合后得到无机碱/H2O2混合溶液;
[0014] d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入10~30 mL的无机碱/H2O2混合溶液,优选15 mL,将钛前驱体包覆的基体材料与无机碱/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,120~180℃水热反应18~24 h,优选140℃水热反应20 h;所得粗品分别用水和乙醇洗涤3~5次,在40~80℃下真空干燥3~7h,优选60℃真空干燥5h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料;
[0015] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的建筑废弃物材料放置在管式炉中,200~600℃煅烧2~5h,优选400℃煅烧3h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化建筑废弃物材料。
[0016] 本发明较优公开例中,步骤b)所述钛源为钛酸四丁酯,钛酸四乙酯和钛酸四异丙酯等中的一种或多种组合,优选钛酸四丁酯。
[0017] 本发明较优公开例中,步骤c)所述无机碱为NaOH或KOH,优选NaOH。
[0018] 有益效果
[0019] 本发明公开了一种建筑废弃物的资源化利用方法,以建筑废弃物为基体材料,显著降低了建筑废弃物处理成本,避免了难降解、难处理的建筑废弃物在填埋后对生态环境的破坏。本发明在建筑废弃物基体材料上,通过原位生长技术构筑一层具有诸多优良特性的微纳米结构的TiO2纳米片涂层,赋予无用甚至有害的建筑废弃物材料新的特性,实现资源化利用,得到的新材料在光催化、电池材料及特殊表面润湿性材料等领域具有很大的应用潜力和广阔的应用前景;本发明所提出的建筑废弃物功能化处理方法,包括原材料的处理、化学反应及热处理等过程,工艺相对简单,不需要昂贵的设备和稀缺的原材料,易于实现工业化。

实施方案

[0022] 下面结合实施例对本发明进行详细说明,以使本领域技术人员更好地理解本发明,但本发明并不局限于以下实施例。
[0023] 实施例1
[0024] 一种功能化砖块建筑废弃物材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0025] a)将所选择的废砖基体材料用水和乙醇溶液洗涤4次,并在80℃下干燥4 h;
[0026] b)按废砖基体材料与钛酸四丁酯的质量比为5:1, 将钛酸四丁酯滴加到废砖基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废砖基体材料;
[0027] c)按1 mol/L NaOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为50:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到NaOH/H2O2混合溶液;
[0028] d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入15 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在140℃反应20 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤4次,在60 ℃下真空干燥5 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料;
[0029] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料放置在管式炉中,在400℃下煅烧3 h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废砖材料。
[0030] 实施例2
[0031] 一种功能化废砖材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0032] a)将所选择的废砖基体材料用水和乙醇溶液洗涤3次,并在60℃下干燥6 h;
[0033] b)按废砖基体材料与钛酸四丁酯的质量比为10:1, 将钛酸四丁酯滴加到废砖基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废砖基体材料;
[0034] c)按2 mol/L KOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为100:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到KOH/H2O2混合溶液;
[0035] d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入10 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在120 ℃反应24 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤3次,在40 ℃下真空干燥8 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料;
[0036] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料放置在管式炉中,在200 ℃下煅烧6 h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废砖材料。
[0037] 实施例3
[0038] 一种功能化废玻璃材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0039] a)将所选择的废玻璃基体材料用水和乙醇溶液洗涤4次,并在70 ℃下干燥5 h;
[0040] b)按废玻璃基体材料与钛酸四乙酯的质量比为5:1, 将钛酸四乙酯滴加到废玻璃基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废玻璃基体材料;
[0041] c)按1 mol/L NaOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为80:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到NaOH/H2O2混合溶液;
[0042] d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入15 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的废玻璃基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在160 ℃反应18 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤3次,在60 ℃下真空干燥5 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废玻璃材料;
[0043] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废玻璃材料放置在管式炉中,在400 ℃下煅烧3 h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废玻璃材料。
[0044] 实施例4
[0045] 一种功能化废玻璃材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0046] a)将所选择的废玻璃基体材料用水和乙醇溶液洗涤5次,并在80 ℃下干燥4 h;
[0047] b)按废玻璃基体材料与钛酸四丁酯的质量比为2:1, 将钛酸四丁酯滴加到废砖基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废砖基体材料;
[0048] c)按2 mol/L NaOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为100:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到NaOH/H2O2混合溶液;
[0049] d)按每1 g的钛前驱体包覆的基体材料中加入10 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在120 ℃反应24 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤3次,在40 ℃下真空干燥8 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料;
[0050] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料放置在管式炉中,在300 ℃下煅烧4 h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废砖材料。
[0051] 实施例5
[0052] 一种功能化废瓦材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0053] a)将所选择的废瓦基体材料用水和乙醇溶液洗涤4次,并在60 ℃下干燥6 h;
[0054] b)按废瓦基体材料与钛酸四丁酯的质量比为2:1, 将钛酸四丁酯滴加到废瓦基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废瓦基体材料;
[0055] c)按1.5 mol/L KOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为40:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到KOH/H2O2混合溶液;
[0056] d)按每1 g的钛前驱体包覆的废瓦基体材料中加入20 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在140 ℃反应20 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤3次,在40 ℃下真空干燥8 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废砖材料;
[0057] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废瓦材料放置在管式炉中,在400 ℃下煅烧3h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废瓦材料。
[0058] 实施例6
[0059] 一种功能化废混凝土材料的资源化利用方法,具体步骤如下:
[0060] a)将所选择的废混凝土基体材料用水和乙醇溶液洗涤3次,并在100 ℃下干燥3 h;
[0061] b)按废混凝土基体材料与钛酸四异丙酯的质量比为1:2, 将钛酸四异丙酯滴加到废混凝土基体材料上,并使二者充分混合。然后放置在室温下,自然干燥,得到钛前驱体种子包覆的废混凝土基体材料;
[0062] c)按0.5 mol/L NaOH溶液与30 wt% H2O2的体积比为20:1,将NaOH溶液与H2O2充分混合,得到NaOH/H2O2混合溶液;
[0063] d)按每1 g的钛前驱体包覆的废混凝土基体材料中加入30 mL的NaOH/H2O2混合溶液,将钛前驱体包覆的废混凝土基体材料与NaOH/H2O2混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬反应釜中,在180 ℃反应20 h,所得粗品分别用水和乙醇洗涤3次,在80 ℃下真空干燥3 h,得到具有多级结构的钛前驱体包覆的废混凝土材料;
[0064] e)将具有多级结构的钛前驱体包覆的废瓦材料放置在管式炉中,在600 ℃下煅烧2 h,得到具有多级结构TiO2纳米片包覆的功能化废混凝土材料。
[0065] 以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

附图说明

[0020] 图1. 本发明所述功能化建筑废弃物材料的SEM图,
[0021] 其中,(a) 废砖基体材料的SEM图;(b) 低放大倍数的具有多级微纳米结构的TiO2纳米片包覆的废砖材料的SEM图;(c) 高放大倍数的具有多级微纳米结构的TiO2纳米片包覆的废砖材料的SEM图。
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