通过尺寸可控的TiO2纳米粒子改性地质聚合物以增强耐久性及紫外光催化降解染料性能

摘要： 地质聚合物——一种以硅铝为基础的聚合物，近几十年来作为普通硅酸盐水泥（OPC）在建筑领域的有前景替代粘结剂，已引起广泛关注。本研究通过掺入不同粒径的二氧化钛（TiO?）纳米粒子，探索了工业废料（粉煤灰）的合理利用及其功能增强。同时评估了合成产物的先进建筑复合材料性能及光催化能力。采用水热法合成了金红石相TiO?纳米粒子，并在不同温度下退火处理以获得不同粒径。通过多种材料表征技术分别确认了物相、官能团键、结合能及形貌特征。在常温条件下，利用不同粒径TiO?纳米粒子与粉煤灰及碱激发剂制备了地质聚合物（GT）复合材料（GT30、GT50和GT100）。掺入5% TiO?纳米粒子可提升力学性能，其中优化配比的GT30复合材料表现出最高抗压强度（53.59MPa）和抗拉强度（6.8MPa）。压汞孔隙率测试（MIP）与原子力显微镜（AFM）研究表明，30nm TiO?纳米粒子（T30 NPs）能降低结构孔隙率和表面粗糙度，从而形成致密基体并提高耐久性。此外，由于T30 NPs减少了基体中可渗透孔隙的表观体积，GT30砂浆具有较低吸水率。在紫外光照射下研究了亚甲基蓝（MB）模型污染物的降解效果，发现1mg T30 NPs与5mg GT30组合能在90分钟内降解>95%染料溶液，这归因于TiO?纳米粒子的高比表面积及自由基生成作用，其降解过程符合Langmuir-Hinshelwood一级动力学模型。这些成果为利用粉煤灰工业废料制备地质聚合物提供了新思路，通过TiO?纳米粒子在紫外光下的染料降解作用，可实现优异耐久性与废水处理的协同应用。