水泥中的硫酸盐含量过高会带来后期体积膨胀的风险。 采用纳米TiO2和纳米SiO2对含有CaSO3·0.5H2O的半干法烧结烟气脱硫灰改性, 以纳米改性半干法烧结烟气脱硫灰为混合材制备固废型纳米高硫水泥, 解决混合材中CaSO3·0.5H2O含量高带来的耐久性不良问题。 根据固废型纳米高硫水泥的安定性、 标准稠度用水量, 凝结时间以及抗压强度等性能的发展变化规律, 确定了各组分的掺量配比和制备参数。 采用LPSA分析了原材料的粒径分布区间, 采用接触角测量仪分析了硬化浆体的浸润性能, 采用XRD分析了原料及硬化浆体的矿物成分, 采用FTIR分析了原料及硬化浆体的组织结构的变化规律, 采用SEM分析了原料及硬化浆体的微观形貌。 结果表明, 半干法烧结烟气脱硫灰的粒径分布区间为0.31~127.38 μm比水泥颗粒粒径分布区间更宽、 粒度更细, 能够优化水泥的级配范围。 半干法烧结烟气脱硫灰的加入对水泥水化起到一定的缓凝作用, 延长了凝结时间, 掺量较大会带来同龄期硬化浆体抗压强度的降低。 纳米SiO2与纳米TiO2的加入能够降低高硫水泥体系的标准稠度用水量, 提高其抗压强度。 3 Wt%的纳米TiO2与2 Wt%的纳米SiO2协同改性能够有效稳定半干法烧结烟气脱硫灰中的CaSO3·0.5H2O, 进一步激发半干法烧结烟气脱硫灰的潜在活性, 提高水泥硬化浆体的力学性能。 改性后固废型纳米高硫水泥28 d的抗压强度为64.72 MPa比未改性的高硫水泥提高了83%, 比纯水泥提高了16%。 纳米改性后, 润湿边角增大向疏水转变, 有利于耐久性的提高; XRD分析结果显示水化产物中类AFm’含量很低, 降低了膨胀的风险; FTIR分析结果显示水化产物中Ca(OH)2中含有的—OH的伸缩振动峰增强, 进一步提高了硬化浆体的抗化学侵蚀能力; SEM分析结果显示水化产物质地均匀, 组织缺陷少。 纳米TiO2与纳米SiO2协同改性半干法烧结烟气脱硫灰可以稳定其中含有余有的硫酸盐、 亚硫酸盐, 制备出高性能固废型纳米高硫水泥, 有利于降碳减碳, 节能环保。

建筑能耗占我国总能耗的30%以上, 利用建筑自身的被动调节性能提高其热湿调节性能, 是实现建筑节能的重要举措。 以癸酸、 棕榈酸制备相变温度在人体舒适度范围内的癸酸-棕榈酸复合相变材料, 采用癸酸-棕榈酸复合相变材料, 硅酸四乙酯, 钛酸丁酯作为原材料制备具有热湿调节, 空气净化功能的癸酸-棕榈酸/SiO2@TiO2光催化相变微胶囊(简称D-T微胶囊)有利于建筑节能, 改善室内空气品质。 研究分析了去离子水用量(去离子水与硅酸四乙酯物质的量比), pH值, 癸酸-棕榈酸复合相变材料的用量(癸酸-棕榈酸复合相变材料与硅酸四乙酯的物质的量比), 钛酸丁酯的用量(钛酸丁酯与硅酸四乙酯物质的量比)以及钛酸丁酯的滴加速度五个影响因素对D-T微胶囊的粒径、 物质组成、 形貌以及空气净化、 热湿调节性能的影响。 激光粒度分析结果表明去离子水用量和钛酸丁酯用量对D-T微胶囊的粒径分布有重要影响。 过水体系能够有效分散T-D微胶囊, 防止其团聚； 适量的钛酸丁酯水解产生的TiO2包裹在癸酸-棕榈酸@SiO2表面, 从而影响D-T微胶囊的粒径。 扫描电镜结果显示, 过多的癸酸-棕榈酸复合相变材料用量会造成相变材料的泄露； 过快的钛酸丁酯滴加速度影响其水解反应速度, 造成TiO2的团聚。 X-射线衍射(XRD)分析结果显示, pH值是生成具有光催化性能的锐钛矿相TiO2的关键因素。 因此, 当控制去离子水与硅酸四乙酯的物质的量比为90∶1, pH值为2, 癸酸-棕榈酸复合相变材料用量为0.5, 钛酸丁酯用量为0.8, 控制钛酸丁酯的滴加速度为20 min完成时可以获得形貌、 粒径完整和物相稳定的D-T微胶囊。 D-T微胶囊经过6 h对气态甲醛降解试验, 其对甲醛的降解率能够达到67.87%； 在18~23 ℃之间有明显的相变温度平台, 平台的持续时间约为300 s； 当相对湿度为84.34%时, 平衡含湿量达到0.181 9 g·g-1, 同时相对湿度为32.78%~84.34%之间的湿容量为0.161 3 g·g-1。

为获得具有调温调湿且能够进行光催化降解有害物质的多功能复合材料, 利用溶胶-凝胶法制备Ce-La/TiO2空心微球, 以Ce-La/TiO2空心微球为载体材料, 采用真空吸附法将相变材料——癸酸-棕榈酸填充在Ce-La/TiO2空心微球的空腔中制备具有光-湿-热协同性能的Ce-La/TiO2复合材料。 采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）对制备过程中主要阶段的产物进行测试, 研究SiO2模板的构建作用, 表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的衔接作用, 癸酸-棕榈酸的嵌入对Ce-La/TiO2空心微球的影响, 利用紫外-可见分光光谱仪（UV-Vis）对Ce-La/TiO2复合材料的光响应范围进行测试, 研究Ce-La共掺杂对TiO2空心微球光响应能力的影响, 采用扫描电镜（SEM）对Ce-La/TiO2复合材料的微观形貌进行表征分析, 进一步阐明Ce-La/TiO2复合材料制备机理。 结果表明, 氨水提供的碱环境有利于正硅酸乙酯缩合反应, 在78000 cm-1处生成Si—O—Si基团, 搭建SiO2网络骨架, 形成内核, 作为支撑TiO2壁材的模板, 构建TiO2的空腔结构; 表面活性剂PVP的添加, 在1 03500 cm-1处形成—C—N—基团, 有利于TiO2附着在SiO2的表面; 高温煅烧能够有效去除PVP避免杂质离子引入到Ce-La/TiO2复合材料体系中。 Ce-La共掺杂使Ce-La/TiO2复合材料的吸收边带发生红移, 提高在可见光下的催化降解能力, 同时在1 63000 cm-1处出现—OH基团能够提高Ce-La/TiO2复合材料的亲水性。 癸酸-棕榈酸较好的填充于Ce-La/TiO2空心微球的空腔中, 各组分的特征吸收峰没有发生明显变化, 能够保持各组分的基本性能不变。