CN103102700A - 一种降解汽车尾气的乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降解汽车尾气的乳化沥青及其制备方法，该乳化沥青按质量份计包括：基础乳化沥青：100份，添加剂：0.25~5份。本发明中的添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂。将添加剂与适量水混合搅拌，超声分散至无气泡产生，制备成浆液，加入到基础乳化沥青中，搅拌均匀即可。该乳化沥青光催化效果好，能够有效降解汽车尾气中的氮氧化物，抗车辙和抗老化性能也得到改善。所用添加剂可见光利用率高，绿色环保，成本低，制备简便。在道路铺筑、维修和建筑上有着广阔的应用前景。

Description

一种降解汽车尾气的乳化沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种降解汽车尾气的乳化沥青及其制备方法，具体地说是一种能够降解汽车尾气中氮氧化物的乳化沥青及其制备方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，轿车保有量快速增长，例如中国至2011年2月底的机动车保有量达2.11亿辆，其中轿车为8500多万辆。城市中的汽车尾气所给人们的生命健康和日常生活造成的危害，随着汽车保有量的不断增加，问题逐步凸显出来。在我国的大城市，40％以上的氮氧化物(NO_x)，80％以上的一氧化碳(CO)和70％以上的碳氢化合物(CH)来源于汽车尾气的排放污染。而汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物，经紫外光照射发生反应形成光化学烟雾的危害更是十分巨大。因此，采用新的环境治理技术，研究开发控制和减少汽车尾气污染的材料，已经迫在眉睫。作为与汽车尾气频繁接触的路面材料，成为大家关注和研究的新方向。在修建路面材料中加入具有光催化性能的添加剂，如光催化活性高、无毒、价廉的TiO₂，已经成为解决问题的一种办法，国内外对于在加入到水泥混凝土中的研究取得了一定的效果，而加入到主要路面材料的沥青中，效果都不是很理想。

CN03131764.2将具有光催化性质的纳米TiO₂加入到沥青中，制备出具有降解汽车尾气功能的沥青。同时对加入TiO₂的沥青中加入Fe³⁺或SiO₂，以提高其光催化能力。这种方法纳米TiO₂对太阳光的利用率低，氮氧化物与TiO₂反应效率也有待于提高。而期刊论文《路面材料负载纳米二氧化钛光催化降解氮氧化物》（硅酸盐学报，2005年，04期）中，制备了水泥混凝土负载的TiO₂光催化剂，该催化剂具有优越的光催化功能，但用于沥青混合料后的效果较差。其主要原因，一是仅利用高速搅拌来分散纳米TiO₂很难达到好的分散效果，难以避免发生团聚，不能有效均匀分散在沥青表层，二是纳米TiO₂由于其量子尺寸效应使得其禁带宽度变宽，因此虽然理论上比普通TiO₂提高了催化能力，但应用时光催化降解效果并不理想，并且实际中汽车尾气与TiO₂的有效接触也是个问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种降解汽车尾气中氮氧化物的乳化沥青及其制备方法，本发明中乳化沥青光催化效果好，能够有效降解汽车尾气中的氮氧化物，抗车辙和抗老化性能也得到改善，添加剂可见光利用率高，绿色环保，成本低，制备简便。

本发明降解汽车尾气的乳化沥青，按质量份计包括：

（1） 基础乳化沥青：100份；

（2） 添加剂：0.25~5份，优选为0.5~3.5份，添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂。

其中基础乳化沥青为固含量为30%~70%（质量）的乳化沥青，可以是普通乳化沥青，也可以是聚合物改性乳化沥青等，基础乳化沥青的性质按使用的要求具体确定。

其中添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂，其中纳米TiO₂光催化剂优选为金属离子或非金属元素掺杂的纳米TiO₂光催化剂。掺杂的金属离子如Fe³⁺、Mo³⁺、V⁴⁺，掺杂的非金属元素如C、N等。纳米TiO₂的颗粒一般为5～50nm。

其中添加剂活性炭负载纳米TiO₂光催化剂中，以质量计TiO₂在添加剂中的负载量为1%～35%，金属离子或非金属元素掺杂量按质量计为0～0.5%（相对于TiO₂的质量比）。

其中纳米TiO₂为锐钛矿型，活性炭的尺寸为100~500目。

活性炭负载纳米TiO₂光催化剂的制备采用本领域技术人员熟知的合成方法根据掺杂粒子的不同而定，如浸渍法、溶胶-凝胶法、离子注入法等。

本发明降解汽车尾气的乳化沥青的制备方法如下：

（1）将添加剂、适量去离子水加入反应器，持续搅拌均匀，超声分散至无气泡产生，得到添加剂浆液；

（2）将添加剂浆液加入到基础乳化沥青中，普通或高速搅拌，混合均匀即可。

添加剂浆液中添加剂的固体质量含量一般为0.5%~10%。基础乳化沥青为普通乳化沥青以及聚合物改性乳化沥青，其制备方法采用本领域常规方法，是本领域技术人员熟知的技术内容。

本发明针对现有技术的不足，提供一种乳化沥青组合物及其制备方法，该乳化沥青选用的添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂，利用纳米TiO₂高效的光催化效率和活性炭巨大的比表面积和吸附能力，使得该乳化沥青、光降解效果好，抗车辙和抗老化性能也得到改善，所用添加剂可见光利用率高，绿色环保，成本低，制备简便。在道路铺筑、维修和建筑上有着广阔的应用前景。

本发明中乳化沥青降解汽车尾气作用原理：利用离子掺杂的纳米TiO₂，增强其可见光的利用率，以提高其光催化效率，将活性炭负载纳米TiO₂加入适量水中，使水分子占据活性炭孔道，施工时，乳化沥青破乳后，水分子从孔道中蒸发逸出，恢复活性炭的中空孔道状态，避免了沥青中的大分子堵住孔口，活性炭这时可以将汽车尾气中的污染物吸附到TiO₂粒子周围，使污染物很容易扩散和吸附到TiO₂粒子表面，增加局部浓度以及避免中间产物挥发或游离，加快反应速度，提高汽车尾气的处理效率。活性炭质量较轻，在乳化沥青施工中易于富集在表面，可以进一步提高汽车尾气的处理效果。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步说明，但不因此限制本发明，其中的百分含量为质量百分含量。

实施例1

步骤1：取等体积钛酸四丁酯和无水乙醇，混合搅拌均匀，然后缓慢滴入剧烈搅拌的含有硝酸铁的水溶液中，继续搅拌10分钟。加入浓硝酸调节pH值至1～1.5，再搅拌30分钟。在70℃～80℃水浴条件下搅拌直至成溶胶。将清洗过的活性炭（200目），加入到制备好的溶胶中，搅拌混合均匀，将活性炭和溶胶的混和物静置2小时后，过滤掉剩余的溶胶，将滤饼放入电热干燥箱中在60℃下烘干10小时，然后在500℃空气气氛下热处理1小时，制成Fe³⁺掺杂、活性炭负载的锐钛矿型纳米TiO₂光催化剂。其中纳米TiO₂含量5%，Fe³⁺含量0.08%（相对于TiO₂的质量比）。

步骤2：将1份该光催化剂加入适量水中，搅拌均匀成浆液，浆液的固体含量为2%，然后将浆液加入到100份普通乳化沥青（固含量60%）中，搅拌均匀即可。

实施例2

步骤1：取体积比1:2的钛酸四丁酯和无水乙醇以及一定量的乙酰丙酮充分混合后，缓慢滴加到pH值为2.5的尿素、无水乙醇、乙酰丙酮和蒸馏水混合溶液中。滴加完毕，继续搅拌1小时，超声分散30分钟，反应5小时后得到淡黄色溶液。将清洗过的活性炭（200目），浸入上述制备好的TiO₂溶胶中，搅拌30分钟后静置5小时，将活性炭滤出后在100℃烘干，然后500℃空气气氛下热处理2小时，自然冷却至室温，制成N掺杂、活性炭负载的锐钛矿型纳米TiO₂光催化剂。组成的描述：纳米TiO₂含量2.8%，N含量0.02%（相对于TiO₂的质量比）。

步骤2：将3份该光催化剂加入适量水中，搅拌均匀成浆液，浆液固体含量为1.5%，然后将浆液加入到100份普通乳化沥青（固含量60%）中，搅拌均匀即可。

实施例3

制备Fe³⁺掺杂、活性炭负载的锐钛矿型纳米TiO₂光催化剂同实施例1中步骤1。

将1份该光催化剂加入适量水中，搅拌均匀成浆液，浆液固体含量为2%，然后将浆液加入到100份丁苯胶乳改性乳化沥青中（固含量60%），搅拌均匀即可。

实施例4

制备Fe³⁺掺杂、活性炭负载的锐钛矿型纳米TiO₂光催化剂同实施例1中步骤1。

将3份该光催化剂加入适量水中，搅拌均匀成浆液，浆液固体含量为1.5%，然后将浆液加入到100份SBS改性乳化沥青中（固含量60%），搅拌均匀即可。

表1 水滑石改性乳化沥青性能指标。

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					筛上剩余量（1.18mm），%	0.01	0.01	0.03	0.02
蒸发残留物含量，%	≥60	≥60	≥60	≥60
					蒸发残留物针入度（25℃），0.1mm	88	86	80	79
蒸发残留物软化点，℃	51.6	54	52	59
					蒸发残留物延度，cm	69（15℃）	55（15℃）	84（5℃）	92（5℃）

表1（续） 水滑石改性乳化沥青性能指标。

项目	普通乳化沥青	丁苯胶乳改性乳化沥青	SBS改性乳化沥青	试验方法
					筛上剩余量（1.18mm），%	0	0.02	0.02	T0652
蒸发残留物含量，%	60	60	≥60	T 0651
					蒸发残留物针入度（25℃），0.1mm	92	84	86	T 0604
蒸发残留物软化点，℃	50.6	50	55	GB/T4507
					蒸发残留物延度，cm	75（15℃）	＞150（5℃）	＞150（5℃）	T 0605

从以上数据可以看出，本发明乳化沥青性能良好。

Claims (10)

1.一种降解汽车尾气的乳化沥青，其特征在于按质量份计包括：

基础乳化沥青：100份；

添加剂：0.25~5份，添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂。

2.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：添加剂用量为0.5~3.5份。

3.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：基础乳化沥青为以质量计固含量为30%~70%的乳化沥青。

4.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：添加剂为活性炭负载纳米TiO₂光催化剂，其中纳米TiO₂光催化剂为金属离子或非金属元素掺杂的纳米TiO₂光催化剂，金属离子或非金属元素掺杂量为TiO₂质量的0～0.5%。

5.按照权利要求4所述的乳化沥青，其特征在于：掺杂的金属离子为Fe³⁺、Mo³⁺或V⁴⁺，掺杂的非金属元素为C元素或N元素。

6.按照权利要求1或4所述的乳化沥青，其特征在于：纳米TiO₂的颗粒为5～50nm。

7.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：活性炭负载纳米TiO₂光催化剂中，以质量计TiO₂在添加剂中的负载量为1%～35%。

8.按照权利要求1或4所述的乳化沥青，其特征在于：纳米TiO₂为锐钛矿型。

9.按照权利要求1所述的乳化沥青，其特征在于：活性炭的尺寸为100~500目。

10.一种权利要求1所述乳化沥青的制备方法，其特征在于包括如下过程：

（1）将添加剂、适量去离子水加入反应器，持续搅拌均匀，超声分散至无气泡产生，得到添加剂浆液，添加剂浆液中添加剂的固体质量含量为0.5%~10%；

（2）将添加剂浆液加入到基础乳化沥青中，普通或高速搅拌，混合均匀即可。