一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑用保温材料的技术领域，具体涉及一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆及其制备方法。
背景技术
现代生活中，室内装修材料所释放的甲醛已经成为室内空气中的主要污染物之一。装修使用的胶合板、中纤板、三合板和复合地板等人造木质地板是通过脲醛树脂或酚醛树脂粘接而成。这些树脂中含有游离甲醛，甲醛属于挥发性有机化合物，装修后在常温下可以释放甲醛到空气中，使人们的健康受到威胁。
经研究发现，二氧化钛的光催化性能够氧化甲醛，生成二氧化碳和水。但二氧化钛需在紫外光的照射下，光催化效率较高，在日光下的光催化效率很低。现有的通过金属原子的掺杂，可以提高二氧化钛在普通日光下对甲醛的催化效率。
保温砂浆是以各种轻质材料为骨料，以水泥为胶凝料，掺和一些改性添加剂，经生产企业搅拌混合而制成的一种预拌干粉砂浆。保温砂浆主要用于建筑内外墙保温，具有施工方便、耐久性好等优点。
现有技术中，已有可以降低室内甲醛浓度的保温砂浆。如公告号为CN107352872B的中国发明专利公开了一种含有硅藻砂珠的高强环保保温砂浆，其保温砂浆的的配方为：硅藻砂珠50-60％、硅藻粉10-20％、环保乳胶粉5-8％、水泥10-20％、木纤维1％、纤维素2％、玻化微珠0-10％。
通过上述配方，能够实现对室内甲醛的吸附，通过对室内甲醛的吸附降低室内的甲醛浓度。但是上述配方存在如下缺陷：其一，甲醛吸附在保温砂浆中后，当温度较高时，甲醛可能会重新释放到室内空气中，不利于人们的长期健康；其二：保温砂浆的吸附能力有限，当吸附量达到一定的量以后就不再吸附。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其具有能够将室内的甲醛进行吸附并且降解的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的制备方法。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其由包含以下重量份的原料配制而成：硅酸盐水泥30-47份、玻化微珠10-20份、Fe-TiO2-活性炭纤维1-10份、乳胶粉3-8份、聚丙烯纤维1-5份、木质纤维1-5份、硅藻土5-10份、去离子水30-40份。
通过采用上述技术方案，通过对TiO2进行金属原子Fe的掺杂对TiO2进行改性，使TiO2的光催化活性红移，能够在可见光下实现对甲醛的降解，通过将Fe-TiO2负载在活性炭纤维的表面，活性炭纤维对甲醛有较强的吸附作用，通过活性炭纤维对甲醛吸附以后，活性炭纤维表面的Fe-TiO2在可见光，即日光下对甲醛进行降解，从而达到使甲醛的浓度降低的目的。
作为优选方案，硅酸盐水泥35-47份、玻化微珠13-17份、Fe-TiO2-活性炭纤维5-7份、乳胶粉5-6份、聚丙烯纤维3-4份、木质纤维3-4份、硅藻土5-8份、去离子水32-36份。
通过采用上述技术方案，添加的Fe-TiO2-活性炭纤维在5-7份时，保温砂浆对甲醛的吸附降解的效果较好；添加的Fe-TiO2-活性炭纤维较少时，保温砂浆对甲醛的吸附降解的效果不理想；添加的Fe-TiO2-活性炭纤维较多时，保温砂浆对甲醛的吸附降解的效果上升幅度较小，但是使成本提高较多。
作为优选方案，所述Fe-TiO2-活性炭纤维通过以下步骤制得：
1)在浓度为2-4mol/L的HNO3溶液中加入Fe(NO3)3固体，并搅拌使其溶解得到溶液A，HNO3溶液中HNO3摩尔量为Fe(NO3)3的摩尔量的10-15倍；
2)以去离子水为溶剂，配制浓度为2-5mol/L的钛酸四丁酯溶液；
3)在步骤1)的溶液A中滴加步骤2)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，钛酸四丁酯溶液中的钛酸四丁酯摩尔量为Fe(NO3)3摩尔量的1-5％，滴加完毕后，持续反应4-6小时，得到混合液A；
4)在混合液A中加入活性炭纤维，边加边搅拌，活性炭纤维的质量为步骤3)中滴加的钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯质量的5-10倍，滴加完毕后反应4-6h，得到混合液B；
5)将混合液B进行离心分离，得到沉淀A，对沉淀A进行洗涤后，将沉淀A在氮气氛围，温度在450-600℃的范围下焙烧2-3h，即得到Fe-TiO2-活性炭纤维。
通过采用上述技术方案，可以得到Fe-TiO2-活性炭纤维，并且在制备TiO2晶体的步骤中添加铁原子，有利于铁原子在二氧化钛表面负载的均匀度，然后加入活性炭纤维，可以使Fe-TiO2在活性炭纤维表面均匀分布。
作为优选方案，所述步骤3)的反应温度为40-60℃。
通过采用上述技术方案，温度较低时，反应较慢，温度过高时，使HNO3分解过快，不利于溶液pH的维持。
作为优选方案，所述步骤5)中的离心转速为3500-6000r/min，离心时间为3-5min。
通过采用上述技术方案，离心转速过低，会使沉淀不完全，离心转速过高，使沉淀后期洗涤时不易分散。
作为优选方案，在所述步骤4)中对活性炭纤维进行如下预处理：
将活性炭纤维放置于乙醇中浸泡1h，然后将活性炭纤维取出后，放入蒸馏水中浸泡1h后，将活性炭纤维取出进行干燥即可。
通过采用上述技术方案，通过对活性炭纤维进行预处理，可以将活性炭纤维表面的杂质溶解去除，使活性炭纤维表面的Fe-TiO2负载率提高。
本发明的第二个目的通过如下技术方案来实现：一种外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的制备方法，其包括如下制备步骤：
1)在去离子水中加入Fe-TiO2-活性炭纤维、乳胶粉、聚丙烯纤维、木质纤维等，搅拌均匀，得到混合液C；
2)在混合液C中加入硅酸盐水泥、玻化微珠，搅拌均匀后，即得到该外墙内侧壁降甲醛保温砂浆。
通过采用上述技术方案，首先在去离子水中依次加入Fe-TiO2-活性炭纤维、乳胶粉、聚丙烯纤维、木质纤维等量较少的原料进行搅拌均匀，再加入硅酸盐水泥、玻化微珠进行搅拌均匀，有利于保温砂浆的快速混匀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明在Fe-TiO2-活性炭纤维的添加量达到4.5％时，其对应的保温砂浆对甲醛的吸附降解在24h时达到87.9％，大大降低了甲醛的浓度，与单纯的通过吸附使甲醛的浓度降低相比，可以使甲醛通过降解使其浓度降低，使后期不会由于温度上升而重新释放在室内，有利于人们的长期健康。
(2)在制备TiO2晶体的步骤中添加铁原子，有利于铁原子在二氧化钛表面负载的均匀度，然后加入活性炭纤维，可以使Fe-TiO2在活性炭纤维表面均匀分布。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
本发明中的硅酸盐水泥选自廊坊隆成节能科技有限公司；玻化微珠采用70-90目的玻化微珠，选自信阳市鑫骏成实业有限公司；乳胶粉选自河北神鹏化工有限公司；木质纤维选自大浩耐火保温材料有限公司；硅藻土选自石家庄华郎矿产品贸易有限公司，型号为325目；聚丙烯纤维选自湖南先锋建材有限公司，弹性模量大于3500MPa；活性炭纤维选自济南居易洁士环保有限公司。
制备例1
Fe-TiO2-活性炭纤维通过以下步骤制得：
1)在浓度为2mol/L的HNO3溶液中加入Fe(NO3)3固体，并搅拌使其溶解得到溶液A，HNO3溶液中HNO3摩尔量为Fe(NO3)3的摩尔量的10倍；
2)以去离子水为溶剂，配制浓度为2mol/L的钛酸四丁酯溶液；
3)在步骤1)的溶液A中滴加步骤2)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，钛酸四丁酯溶液中的钛酸四丁酯摩尔量为Fe(NO3)3摩尔量的1％滴加完毕后，持续反应4小时，得到混合液A，反应温度为45℃；
4)在混合液A中加入活性炭纤维，边加边搅拌，活性炭纤维的质量为步骤3)中滴加的钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯质量的5倍，滴加完毕后反应4h，得到混合液B；
5)将混合液B在3500r/min的转速下离心5min，得到沉淀A，将沉淀A在氮气氛围，温度为450℃的条件下焙烧3h，即得到Fe-TiO2-活性炭纤维。
制备例2
Fe-TiO2-活性炭纤维通过以下步骤制得：
1)在浓度为3mol/L的HNO3溶液中加入Fe(NO3)3固体，并搅拌使其溶解得到溶液A，HNO3溶液中HNO3摩尔量为Fe(NO3)3的摩尔量的12.5倍；
2)以去离子水为溶剂，配制浓度为4mol/L的钛酸四丁酯溶液；
3)在步骤1)的溶液A中滴加步骤2)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，钛酸四丁酯溶液中的钛酸四丁酯摩尔量为Fe(NO3)3摩尔量的3％滴加完毕后，持续反应5小时，得到混合液A，反应温度为55℃；
4)在混合液A中加入活性炭纤维，边加边搅拌，活性炭纤维的质量为步骤3)中滴加的钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯质量的7倍，滴加完毕后反应6h，得到混合液B；
5)将混合液B在5000r/min的转速下离心4min，得到沉淀A，对沉淀A进行洗涤后，将沉淀A在氮气氛围，温度为500℃的条件下焙烧2h，即得到Fe-TiO2-活性炭纤维。
制备例3
Fe-TiO2-活性炭纤维通过以下步骤制得：
1)在浓度为4mol/L的HNO3溶液中加入Fe(NO3)3固体，并搅拌使其溶解得到溶液A，HNO3溶液中HNO3摩尔量为Fe(NO3)3的摩尔量的15倍；
2)以去离子水为溶剂，配制浓度为5mol/L的钛酸四丁酯溶液；
3)在步骤1)的溶液A中滴加步骤2)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，钛酸四丁酯溶液中的钛酸四丁酯摩尔量为Fe(NO3)3摩尔量的5％滴加完毕后，持续反应6小时，得到混合液A，反应温度为60℃；
4)在混合液A中加入活性炭纤维，边加边搅拌，活性炭纤维的质量为步骤3)中滴加的钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯质量的10倍，滴加完毕后反应5h，得到混合液B；
5)将混合液B在6000r/min的转速下离心3min，得到沉淀A，对沉淀A进行洗涤后，将沉淀A在氮气氛围，温度为600℃的条件下焙烧2h，即得到Fe-TiO2-活性炭纤维。
制备例4
Fe-TiO2通过以下步骤制得：
1)在浓度为3mol/L的HNO3溶液中加入Fe(NO3)3固体，并搅拌使其溶解得到溶液A，HNO3溶液中HNO3摩尔量为Fe(NO3)3的摩尔量的12.5倍；
2)以去离子水为溶剂，配制浓度为4mol/L的钛酸四丁酯溶液；
3)在步骤1)的溶液A中滴加步骤2)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，钛酸四丁酯溶液中的钛酸四丁酯摩尔量为Fe(NO3)3摩尔量的2.5％滴加完毕后，持续反应5小时，得到混合液A；
3)将混合液A在6000r/min的转速下离心5min，取沉淀，并在500℃下焙烧2.5h。
活性炭纤维进行如下预处理：
将活性炭纤维放置于乙醇中浸泡1h，然后将活性炭纤维取出后，放入蒸馏水中浸泡1h后，将活性炭纤维取出进行干燥即可。
实施例1
实施例1的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量见表1中所示，其加工操作具体为：
1)在去离子水中加入Fe-TiO2-活性炭纤维、乳胶粉、聚丙烯纤维、木质纤维等，搅拌2h，得到混合液C，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例1得到的Fe-TiO2-活性炭纤维；
2)在混合液C中加入硅酸盐水泥、玻化微珠，搅拌1h后，即得到该外墙内侧壁降甲醛保温砂浆。
表1外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的原料组成及含量
实施例2
实施例2的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量见表1中所示，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例2得到的Fe-TiO2-活性炭纤维。其加工操作步骤与实施例1相同。
实施例3
实施例3的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量见表1中所示，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例3得到的Fe-TiO2-活性炭纤维。其加工操作步骤与实施例1相同。
实施例4
实施例3的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量见表1中所示，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例2得到的Fe-TiO2-活性炭纤维。其加工操作步骤与实施例1相同。
实施例5
实施例3的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量见表1中所示，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例3得到的Fe-TiO2-活性炭纤维。其加工操作步骤与实施例1相同。
实施例6-9
实施例6-9的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量如表1中所示，其中Fe-TiO2-活性炭纤维采用制备例2得到的Fe-TiO2-活性炭纤维，其加工操作步骤均与实施例1均相同。
对比例1
对比例1的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的不同之处在于，将Fe-TiO2-活性炭纤维更换为Fe-TiO2，添加的Fe-TiO2-活性炭纤维的有效成分的量与Fe-TiO2的量相同，对比例1的加工操作步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的不同之处在于，将Fe-TiO2-活性炭纤维更换为活性炭纤维，添加的活性炭纤维的量与Fe-TiO2-活性炭纤维中活性炭纤维的量相同，对比例2的加工操作步骤与实施例1相同。
对比例3
对比例3的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的不同之处在于，Fe-TiO2-活性炭纤维的添加量为0，对比例3的加工操作步骤与实施例1相同。
对比例4
公开号为CN107352872B的中国发明专利中的实施例2的含有硅藻砂珠的高强环保保温砂浆。
性能检测试验
分别抽取实施例1-9和对比例1-4中的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆，根据GB/T20473-2006《建筑保温砂浆》，对本发明的保温砂浆进行质量检测，具体结果见表2所示。
其中，堆积密度小于350kg/m3时，为合格；抗压强度大于0.40MPa为合格；导热系数小于0.085时，为合格；软化系数大于0.50时，为合格。
表2实施例1-9及对比例1-4外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的检测结果
从表2中的数据可以看出，本发明的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的堆积密度、抗压强度、导热系数、软化系数等均达到合格。
从实施例1-9和对比例1-3可以看出，分别添加Fe-TiO2-活性炭纤维、Fe-TiO2和活性炭纤维对外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的堆积密度、抗压强度、导热系数、软化系数等没有产生明显的影响。
甲醛吸附降解试验
试验处理：取实施例1-9和对比例1-4的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆均匀涂抹到反应舱内壁，反应舱为透明硬质塑料的立方体小室，体积为100L，有一扇小门可开启，关闭小门后，其气密性良好，将保温砂浆涂抹后在35℃下晾干10h。
吸附实验：在反应舱内充入浓度为1.5mg/m3的甲醛气体，无日光灯照射下，即黑暗条件下，静置24h后，通过甲醛分析仪对反应舱内的甲醛的浓度进行采样检测；
其中，吸附率＝(C初始-C静置后)/C初始
C初始为甲醛初始浓度；C静置后为甲醛经过静置被吸附后的浓度。
降解实验：在上述吸附实验完成后的反应舱内，在日光灯照射的条件下，静置24h后，通过甲醛分析仪对反应舱内的甲醛的浓度进行采样检测；
其中，降解率＝(C静置后-C反应后)/C静置后–吸附率
C反应后为在日光灯照射，催化反应24h后的甲醛浓度。
甲醛去除率＝(C初始-C最终)/C初始
其中，C最终为反应舱内降解实验完成后的甲醛浓度。
表3外墙内侧壁降甲醛保温砂浆的甲醛吸附降解试验检测结果
从表3的数据可以看出，本发明的外墙内侧壁降甲醛保温砂浆(实施例1-9)对甲醛的吸附率和降解率均高于对比例4中的保温砂浆。由于本发明的保温砂浆对甲醛的吸附率和降解率较高，使反应舱内的甲醛去除率明显提高。
从实施例1-5和对比例3可以看出，制备例1-3中制备的Fe-TiO2-活性炭纤维对甲醛均有明显的吸附和降解效果，使反应舱内的甲醛呈现明显的降低。
从实施例4和实施例6-9可以看出，随着保温砂浆内的Fe-TiO2-活性炭纤维的添加量的增大，其对应的保温砂浆对甲醛的吸附和降解呈上升趋势，但在添加量达到4.5％时，其上升幅度减缓。
从实施例4和对比例1-3的数据可以看出，单独添加Fe-TiO2和活性炭纤维对甲醛的去除率有限，均明显低于添加Fe-TiO2-活性炭纤维的保温砂浆。分析Fe-TiO2虽然对甲醛在日光下对甲醛有较好的降解作用，但基于其与甲醛的接触面积较小，而使其吸附降解能力差。活性炭纤维对甲醛可以进行吸附，但其吸附能力有限，使甲醛去除率有限。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
