本发明涉及路面材料，尤其涉及一种压电光催化雾封层路面材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、光催化路面材料具有绿色、低能耗、低成本等特点，可有效降解交通运营过程中产生的汽车尾气。汽车尾气是目前车辆行驶过程中的主要污染物，其主要成分包括：一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、烟尘颗粒、臭气等，其中的氮氧化合物与大气结合后会形成光化学烟雾，对人类的身体健康和环境都会造成不可逆转的伤害。
2、为了解决上述技术问题，本领域技术人员提出了多种技术方案，比如现有技术cn107473633a提出在传统沥青混合料的基础上，通过等比例的tio2代替矿粉掺入，以赋予沥青混合料光催化降解尾气特性。该方法虽然能够一定程度上提高沥青混合料的光催化降解尾气性能，但是该方法获得的沥青混合料表面分布的有效催化剂较少，而太阳光只能照射到表面，内部催化剂无法发挥作用，导致光能和催化剂利用率极低。
3、现有技术cn110777606a提出通过结合纳米tio2与雾封层材料，以将催化剂包裹在雾封层中，以提高光催化路面材料表面有效催化剂的含量。该方法虽然能够一定程度上提高光能的利用效率以及与污染物之间的接触，但是其催化剂活性，难以有效提高降解尾气效率。
4、现有技术cn108822564a提出，通过将g-c3n4与tio2复合形成光催化剂，通过将光催化剂喷洒在即将破乳的乳化沥青上表面，以提高其降解效率。该方法虽然能够一定程度上提高材料光催化效果，但其催化剂在光激发后的电子空穴重组率仍然很高，不能有效发挥光催化作用；并且在缺少光照的条件下无法发挥光催化降解尾气作用。而且，只喷洒在乳化沥青上表面很容易被磨耗并丧失活性，导致材料难以稳定的发挥光催化降解尾气作用。
5、为此，本发明提供一种压电光催化雾封层路面材料及其制备方法和应用。
技术实现思路
1、针对现有技术中降解效率不佳、光能利用率低、催化剂易失活等不足，本发明的目的在于提供一种压电光催化雾封层路面材料及其制备方法和应用。
2、本发明的一种压电光催化雾封层路面材料及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：
3、本发明的第一个目的是提供一种压电光催化雾封层路面材料，其制备原料由以下重量份组分组成：
4、100份乳化沥青、1份～5份压电光催化剂、2份～10份水和20份细集料。
5、需要说明的是，本发明考虑到压电光催化材料不仅可以利用太阳光提供的光能，还可以吸收外部荷载产生的机械能来协同光催化，在催化剂内部形成内建电场，大幅提升光激发后的电子和空穴分离效率并发生定向迁移，从而起到提高降解效率和增加催化剂活性的作用。而雾封层路面材料应用于路表，是排除汽车尾气的第一接触者，具有接触面积大、接触浓度高等特点，是压电光催化材料降解尾气的理想载体。故在本发明一些优选的实施例中，通过将由g-c3n4和batio3复合形成具有核壳结构的压电光催化剂，通过将内核为batio3，外壳为g-c3n4层的压电光催化剂与雾封层路面材料相结合，并且与水和细集料复配形成一种压电光催化雾封层路面材料，使其能够应用于路表，并且不需要外界提供任何机械力，通过吸收行车荷载产生的额外机械能来协同光催化，充分发挥压电协同光催化高效降解尾气机制，能够实时且高效的降解汽车尾气，此外具有零碳排放的优势。
6、为了确保采用的压电光催化剂能够实现上述效果，在本发明一些优选的实施例中，所述压电光催化剂通过以下步骤制得：
7、1)于水中，将g-c3n4前驱体和batio3混匀，获得悬浊液。
8、其中，所述g-c3n4前驱体为尿素、二氰二胺和三聚氰胺中的任意一种。
9、本发明考虑到二氰二胺煅烧会产生氰化物和氮氧化物剧毒烟气。三聚氰胺煅烧会产生的主要气体包括氨气、氮气、氰化物和一氧化氮。而尿素充分煅烧主要产生毒性较小的氨气，且相对于成本来说尿素的成本很低，三聚氰胺次之，二氰二胺费用较高。故基于绿色环保和成本的综合考虑，在本发明一些优选的实施例中，优选尿素为g-c3n4前驱体。
10、在本发明一些优选的实施例中，所述g-c3n4前驱体和batio3的质量比为100g:0.5g～3g，以满足压电与光催化作用的协同性。当bt用量过少时，所产生压电效应不足以促进光催化效果；当bt用量过多，则高活性的光催化材料的活性位点减少，光催化作用减弱。在本发明一些优选的实施例中，所述水与所述batio3的用量比为500ml:1g～5g。
11、2)对所述悬浊液进行蒸发处理，以使所述悬浊液中的水分蒸发，获得固体组分。
12、其中，在本发明一些优选的实施例中，所述蒸发处理通过在搅拌的条件下进行加热实现，且加热的温度为70℃～90℃，加热至水分蒸发完全为止。
13、3)将所述固体组分于500℃～600℃下进行煅烧处理，研磨后，得到所述压电光催化剂。
14、其中，在本发明一些优选的实施例中，所述煅烧处理的时间为1h～3h。
15、在本发明一些优选的实施例中，所述细集料由以下质量百分数组分组成：
16、第一石英砂95％～100％、第二石英砂5％～10％、第三石英砂0～5％和第四石英砂0～1％，总计100％。
17、其中，所述第一石英砂的粒径为0.31mm～0.6mm；所述第二石英砂的粒径为0.16mm～0.3mm；所述第三石英砂的粒径为0.08mm～0.15mm；所述第四石英砂的粒径≤0.075mm，以通过多种不同尺寸的石英砂进行复配，共同作为细集料使用，进而满足路面抗滑需求及耐久性要求。
18、本发明的第二个目的是提供一种上述压电光催化雾封层路面材料的制备方法，包括：
19、步骤1，按照所述压电光催化雾封层路面材料的配比，称取相应质量的各个制备原料，备用。
20、其中，需要说明的是，即按照100份乳化沥青、1份～5份压电光催化剂、2份～10份水和20份细集料的配比，称取相应质量的各个制备原料。
21、步骤2，将称取好的压电光催化剂分散于水中，获得压电光催化剂分散液。
22、需要说明的是，本发明在探究过程中发现，由于催化剂比表面积较大，密度较小，如果直接将催化剂加入到乳化沥青中易于发生团聚现象，导致难以将各个组分混合均匀，故本发明优选的先将压电光催化剂分散于水中，形成均匀分散的压电光催化剂分散液后，再与细集料和乳化沥青进行混匀，以确保催化剂能够与其他组分混合均匀。
23、在本发明一些优选的实施例中，采用超声的方式，将称取好的压电光催化剂分散于水中；且所述超声时间为10min～20min，以确保能够将压电光催化剂均匀分散于水中，形成组分均一的压电光催化剂分散液。
24、步骤3，将称取好的细集料和乳化沥青分散于所述压电光催化剂分散液中，搅拌混匀，获得压电光催化雾封层路面材料。
25、需要说明的是，本发明不限制具体的搅拌工艺参数，搅拌至完全混合均匀即可。
26、本发明的第三个目的是提供一种上述压电光催化雾封层路面材料在用于降解尾气中的应用。其中，需要说明的是，通过将所述压电光催化雾封层路面材料铺设于路面，固化后以在路面形成一层压电光催化雾封层路面层，通过在车辆荷载和光照协同作用下，使得压电光催化雾封层路面层实时降解汽车尾气。
27、在本发明一些优选的实施例中，在将所述压电光催化雾封层路面材料喷洒于路面时，所述喷洒用量为0.6kg/m2～1kg/m2。本发明采用的喷洒量较少，在沥青路面上喷洒薄薄一层，即可在尾气排出的第一时间进行降解并且具备一定的耐久性，相较于路基内掺、微表处和超薄罩面等其他形式而言，本发明具有材料制备简单、催化剂活性高、利用行车荷载、有效催化剂含量高、高效降解尾气、摊铺成本低、零碳排放、低能耗、绿色等特点具广泛的应用价值。
28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
29、本发明通过将g-c3n4前驱体和batio3于水中混合后，经蒸发、煅烧处理，使得g-c3n4前驱体和batio3复合形成具有核壳结构的压电光催化剂，且本发明的压电光催化剂内部电子和空穴分离，产生氧化还原反应所需要的自由基，而振动可以迫使bt发挥其压电特性，在催化剂内部形成内建电场，促进电子和空穴的分离并发生定向迁移。且在光照和振动协同作用下，降解汽车尾气效率分别是仅光照和仅振动的1.62和2.34倍，是g-c3n4催化剂的2.19倍，表明在同等条件下其活性和降解效果都优于其他光催化剂。
30、本发明利用压电光催化剂具有压电协同光催化高效降解汽车尾气性能，将其与雾封层融合制备具有降解汽车尾气性能的压电光催化雾封层路面材料。只需在沥青路面上喷洒薄薄一层，即可在尾气排出的第一时间进行降解并且具备一定的耐久性。
31、本发明的压电光催化雾封层路面材料不仅仅可以利用太阳光能，同时还可以充分吸收行车荷载对路面产生的机械能，发挥压电协同光催化效应高效降解汽车尾气，使降解效果和活性大幅提升。本发明的压电光催化雾封层路面材料降解尾气方式相对灵活，没有特定温度限制，而且在缺少光照的特殊场景下，也能通过行车荷载激发其压电效应产生压电催化降解汽车尾气。使得本发明的压电光催化雾封层路面材料在不需要外界提供任何机械外力的条件下，能够充分利用行车荷载产生的机械力协同光催化实时降解汽车尾气，属于一种零碳排放、绿色降解汽车尾气技术。且本发明的压电光催化雾封层路面材料在车辆荷载和光照协同作用下，降解汽车尾气效率是仅光照和仅行车荷载的1.48和2.38倍。
32、相较于路基内掺、微表处和超薄罩面等其他形式而言，本发明具有材料制备简单、催化剂活性高、利用行车荷载、有效催化剂含量高、高效降解尾气、摊铺成本低、零碳排放、低能耗、绿色等特点具广泛的应用价值。
33、本发明的制备原料易于获得且制备过程简便，利于工程实际，在实际工程中可以就地拌和制备也可厂拌预制，且拌合方法简便快速，灵活性大。
1.一种压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，其制备原料由以下重量份组分组成：
2.如权利要求1所述的压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，所述压电光催化剂通过以下步骤制得：
3.如权利要求2所述的压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，所述g-c3n4前驱体和batio3的质量比为100g:0.5g～3g。
4.如权利要求2所述的压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，所述煅烧处理的时间为1h～3h。
5.如权利要求2所述的压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，所述水与所述batio3的用量比为500ml:1g～5g。
6.如权利要求1所述的压电光催化雾封层路面材料，其特征在于，所述细集料由以下质量百分数组分组成：
7.一种权利要求1～6任意一项所述的压电光催化雾封层路面材料的制备方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用超声的方式，将称取好的压电光催化剂分散于水中；且所述超声时间为10min～20min。
9.一种权利要求1～6任意一项所述的压电光催化雾封层路面材料在用于降解尾气中的应用，其特征在于，将所述压电光催化雾封层路面材料喷洒于路面，以在车辆荷载和光照协同作用下，实时降解汽车尾气。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述喷洒用量为0.6kg/m2～1kg/m2。
