本发明涉及改性水泥基材料领域，具体涉及一种碳点基二氧化钛纳米复合材料改性水泥基材料及其制备方法。
背景技术：
1、水泥基材料因其价格低廉、使用方便以及具备优异的力学性能和耐久性能，在现代建筑领域得到广泛应用。水泥基材料的性能与其微观结构密切相关，研究表明一些纳米材料可促进水泥水化，改善其微观结构，从而提高其强度。目前在水泥基材料中利用的纳米材料主要包括碳纳米管、氧化石墨烯、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等。
2、其中，利用纳米材料作为改性剂，可有效改善和提高水泥基材料的强度、抗渗性及耐久性等性能。然而，现有的纳米材料在应用中仍存在一些不足之处：比如，现有纳米材料的比表面积和比表面能很大，会增大水泥基材料成型过程中的需水量；此外，一些纳米颗粒在水中的分散性不佳，容易导致在水泥基材料中出现团聚现象，从而使得水泥基材料局部产生性能薄弱区。中国专利cn202211510593.7公开了一种负载纳米二氧化钛的再生混凝土的制备方法，该专利通过将再生粗骨料浸泡于tio2溶液中干燥后，得到负载纳米二氧化钛的再生粗骨料，再将其与胶凝材料、细骨料、水、减水剂混合后，得到负载纳米二氧化钛的再生混凝土。然而，尽管该专利中的混凝土添加了纳米二氧化钛，但这些纳米二氧化钛并不容易促进水泥水化，导致混凝土强度低；而且，纳米二氧化钛的光响应仅限于紫外光区域，其光催化性能有限，不能使二氧化钛发挥催化有害有机物的作用。
3、本专利以多孔二氧化钛为骨架，将碳点负载于其上，合成碳点基二氧化钛纳米复合材料。该材料可改善二氧化钛及碳点在水泥基材料领域应用上的缺陷。通过这一改进，不仅能够增强水泥基材料的力学性能，还可以赋予水泥基材料一定的光催化能力。因此，该材料在拓展水泥基材料功能性方面具有广阔的应用前景。
技术实现思路
1、本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，该制备方法使纳米二氧化钛负载了碳点，碳点有效地填充了二氧化钛颗粒之间的间隙。碳点与二氧化钛结合产生协同效应，有效地提高了二氧化钛的光催化性能。
2、本发明的目的之二在于提供一种碳点基二氧化钛纳米复合材料。
3、本发明的目的之三在于提供一种改性水泥基材料的制备方法，该制备方法使用了碳点基二氧化钛纳米复合材料，有效地提高了水泥基材料的强度和硬度，并且使得水泥基材料具有较好的光催化效果。
4、本发明的目的之四在于提供一种功能性建筑材料。
5、为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：
6、提供一种碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7、s1、清洗花生壳腐殖质，将其烘干并粉碎，得到花生壳粉末，备用；
8、s2、将花生壳粉末放置于水热反应釜中反应，在4～6min内将反应升温至160～200℃，随后保温10～14h后冷却，得到水热混合溶液；
9、s3、将水热混合溶液抽滤，取下层清液冻干，得到生物质碳点；
10、s4、称取配方量纳米二氧化钛的前驱体p25，将前驱体p25煅烧处理，其中煅烧升温速度为3℃/min，煅烧温度为500～600℃，随后保温时间2h，冷却后得到纳米二氧化钛骨架；
11、s5、将s3获得的生物质碳点与s4得到的骨架纳米二氧化钛研磨混合，随后煅烧处理，其中煅烧条件为：以250～300℃进行保温，保温时间2～3h后冷却处理，得到混合固体；
12、s6、将混合固体研磨，得到碳点基二氧化钛纳米复合材料。
13、在一些实施方式中，步骤s1中，清洗步骤包括：将花生壳腐殖质放置于水中超声震荡洗净。
14、在一些实施方式中，花生壳粉末的目数小于100目。
15、在一些实施方式中，冷却方式为自然冷却。
16、在一些实施方式中，步骤s3中，所得下清液冷冻干燥的时间为20～26h。
17、本发明一种碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法的有益效果：
18、(1)本发明采用纳米二氧化钛材料作为骨架，并在其表面负载分散性良好的花生壳碳点颗粒。当纳米二氧化钛与碳点复合时，碳点和纳米二氧化钛之间会发生相互作用和协同效应。在纳米二氧化钛与碳点共混的过程中，由于纳米二氧化钛表面羟基的丰富，能够与碳点表面的氧化基团发生化学反应，形成稳定的复合体系。同时，电荷转移现象的发生增加了系统的稳定性和光电性能。
19、(2)本发明采用纳米二氧化钛材料为主体结构，通过负载分散性良好的花生壳碳点颗粒在其表面，形成纳米二氧化钛与碳点的复合体系。这种复合体系有效改善了纳米二氧化钛的分散性，因为在复合过程中，电荷和范德华力的相互作用防止了纳米二氧化钛颗粒之间的团聚，从而提高了纳米二氧化钛在材料中的利用率。
20、(3)在可见光下，纯纳米二氧化钛的作用效果较不明显，主要因为其能带间隙较大，只有紫外光能够激发其电子跃迁到导带，产生足够的活性物质。相反，碳点作为一种新型的纳米材料，其带隙较小，对可见光有很好的响应性。因此，将碳点与纳米二氧化钛复合，可以利用碳点吸收可见光的特性，将其产生的电子传递到纳米二氧化钛上。这一过程显著增加了材料对可见光的响应，从而增加了活性物质的生成，提高了光催化效能，进而提高了材料对有害有机物的降解效率。此外，碳点还能够增加光催化反应的光吸收量和光利用率，从而进一步提高了反应的效率。
21、(4)本发明中碳点的原材料采用废弃的花生壳腐殖质，充分利用了废弃的生物质资源。此外，农作物碳点表面具有多种官能基团，如羧基等，这些官能团能与ca2+离子形成螯合配位结构，加速水泥中c3s的溶解过程，从而促进水泥水化反应，提高水泥基材料的力学性能。
22、(5)本发明采用水热反应的方法，有效地促进了各原料之间的反应速率。通过水热反应制备的碳点具有良好的水溶性和分散性，在水中能够均匀分散。经过碳化的废弃花生壳腐殖质表面会形成大量的羧基等官能团，并且能够分散在水中。通过简单的抽滤即可得到提纯后的碳点。将前驱体p25煅烧后研磨，得到纳米级多孔的二氧化钛材料。将煅烧后的纳米级多孔二氧化钛和生物质碳点进行混合均匀，然后通过煅烧使得碳点能够稳定地负载在纳米二氧化钛上。本发明采用水热法和煅烧法制备，有效地提高了各原料之间的反应速率，缩短了反应时间，降低了能耗，且工艺简单，不会产生有毒物质。
23、(6)本发明在二氧化钛上负载了花生壳碳点，这些碳点使得纳米二氧化钛在水中具有较好的分散性，有效提高了二氧化钛在水中的分散性能力。
24、为实现上述目的之二，本发明提供以下技术方案：
25、提供一种碳点基二氧化钛纳米复合材料，其通过上述的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法制得。
26、为实现上述目的之三，本发明提供以下技术方案：
27、提供一种改性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤，
28、s7.称取配方量的硅酸盐水泥、水、标准砂和权利要求1～7任一项的碳点基二氧化钛纳米复合材料；
29、s8.将硅酸盐水泥、标准砂加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合物；将碳点基二氧化钛纳米复合材料溶于水中，充分溶解，得到混合溶液；
30、s9.将混合溶液加入混合物中，搅拌均匀，得到改性水泥基材料。
31、在一些实施方式中，s9中，搅拌时间为2min～5min。
32、本发明一种改性水泥基材料的有益效果：
33、(1)本发明的水泥基材料包括水泥基材料和碳点基二氧化钛纳米复合材料。在这个复合材料中，碳点充当晶核，为水泥水化过程提供了大量的成核位点，并且有效地控制了ch晶体的粒径。这些作用促进了水泥水化反应，增加了c-s-h凝胶的形成，从而提高了水泥基材料的微观结构密实度，进而提高了水泥基材料的抗压强度。此外，碳点负载在纳米二氧化钛材料上，形成了以纳米二氧化钛为骨架的均匀分散的碳点体系。这种结构避免了碳点聚集导致的晶核聚集现象。纳米二氧化钛与碳点之间协同作用，使得碳点基二氧化钛纳米复合材料在作用于水泥基体系时能够有效地提高水泥材料的抗压强度。
34、(2)本发明的水泥基材料中添加了碳点基二氧化钛纳米复合材料，其中碳点能够均匀分布在纳米二氧化钛表面，使得二氧化钛表面富含羧基。这些羧基能够与水泥浆体中的ca2+离子形成螯合配位结构，加速水泥中c3s的溶解过程，进一步促进水泥水化反应。将碳点基二氧化钛纳米复合材料应用在水泥中时，无需对其进行改变，即可提高水化速度和水化均匀度，有效地提高水泥基材料的强度。此外，碳点基二氧化钛纳米复合材料作为一种细微的填料，可以填充水泥基材料中的孔隙，从而提高水泥基材料的密实性，增加水泥基材料的强度和硬度。
35、(3)本发明通过将花生壳腐殖质负载在纳米二氧化钛上，使得纳米二氧化钛能够在可见光区域展现出光催化活性。因此，通过掺入碳点，能够进一步提高光催化反应的效率，增加光催化反应的光吸收量和光利用率。因此，碳点基二氧化钛纳米复合材料具备优良的光催化性能。将其复合在水泥体系中，能够赋予水泥良好的光催化性能。
36、为实现上述目的之四，本发明提供以下技术方案：
37、提供一种功能性建筑材料，其含有通过上述的碳点基二氧化钛纳米复合材料。
1.一种碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，清洗步骤包括：将花生壳腐殖质放置于水中超声震荡洗净。
3.根据权利要求1的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，花生壳粉末的目数小于100目。
4.根据权利要求1的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，冷却方式为自然冷却。
5.根据权利要求1的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，下清液的冷冻干燥时间为20～26h。
6.一种碳点基二氧化钛纳米复合材料，其特征在于，其通过权利要求1～5任一项的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法制得。
7.一种改性水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
8.根据权利要求7的碳点基二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，s9中，搅拌时间为2min～5min。
9.一种功能性建筑材料，其特征在于，其含有通过权利要求7或8的碳点基二氧化钛纳米复合材料。
