CN109056448A - 一种用于吸收汽车尾气的市政道路及其施工方法 - Google Patents

一种用于吸收汽车尾气的市政道路及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于吸收汽车尾气的市政道路及其施工方法，属于环保型市政道路领域，该市政道路包括基层、铺设于基层上的吸收层，按重量份数计，所述吸收层原料包括以下组分，OGFC90‑120份；基质沥青5‑10份；二氧化钛6‑9份。本发明具有以下有益效果：绝大多数汽车尾气中的有机污染物均能够在光照条件下被二氧化钛催化分解，降低了尾气对环境的污染。由于采用OGFC形成的路面具有较多的孔隙，能够有效提高二氧化钛与汽车尾气的接触面积，提高了二氧化钛催化尾气中有机污染物的分解效率，同时也进一步提高了二氧化钛的光照面积，提高了二氧化钛的光催化效果。

Description

一种用于吸收汽车尾气的市政道路及其施工方法
技术领域
本发明涉及环保型市政道路领域，更具体地，涉及以一种用于吸收汽车尾气的市政道路及其施工方法。
背景技术
机动车产生的尾气污染物严重威胁着自然环境和人类的健康，汽车尾气的主要成分有CO、NOX、SO2等，据统计中国大城市60％的CO、50％的NOX、30％的碳氢化合物是由汽车排放尾气造成的。
公告号为CN103232190B的中国专利公开了一种吸收汽车尾气型超薄罩面的铺设材料，该铺设材料包括以下组分：精细碎石、吸收尾气型高浓改性乳化沥青和吸收尾气型乳化沥青；精细碎石的规格为：粒径为3-5mm，表观相对密度大于等于2.5，坚固性大于等于12，含泥量小于等于3，棱角性大于等于30s，与沥青裹覆性大于等于2/3；吸收尾气型高浓改性乳化沥青包括以下组分且各组分的质量份数为：基质沥青100份；尾气吸收剂10-20份；改性剂1-4份；乳化剂1-3份；水50-100份；吸收尾气型乳化沥青包括以下组分且各组份的质量份数为：基质沥青100份；尾气吸收剂10-20份；乳化剂1-3份；水50-100份。其中，尾气吸收剂包括二元酸100份；二元醇100份；纳米级二氧化钛1-20份。
纳米级二氧化钛材料的价格较为昂贵，如若单纯实用纳米二氧化钛来对汽车尾气进行分解，则将会导致道路工程的造价增加一倍，其成本较高，有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于吸收汽车尾气的市政道路，能够在降低造价的同时，有效提高对汽车尾气的吸收率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层、铺设于基层上的吸收层，按重量份数计，所述吸收层原料包括以下组分，OGFC90-120份；基质沥青5-10份；二氧化钛6-9份。
通过采用上述技术方案，二氧化钛作为n型半导体材料，拥有空的导带与价带，导带与价带之间存在禁带，带隙能由禁带宽度形成。锐钛矿型二氧化钛禁带宽度为3.2eV，当带隙能等于或小于当光子能量，一个电子(价带)能够被激发，越过禁带并到达导带，与此同时相应的空穴产生在价带上，空穴-电子对便由此形成。具有强氧化能力的光生空穴与具有强还原能力的光生电子，分别与表面吸附物的电子给体、受体发生氧化、还原反应。此外，电子-空穴对的寿命较长，这是因为二氧化钛离子能带间缺乏连续区域而造成的。空穴与吸附在二氧化钛表面的水和氧等发生一系列的反应，生产超氧阴离子自由基和羟基自由基等。羟基自由基的反应能高达402.8MJ/mol，高于大多数化学键能(有机物中)，如C-H(99MJ/mol)、C-O(84MJ/mol)、H-O(111MJ/mol)、N-H(93MJ/mol)、C-C(83MJ/mol)、C-N(73MJ/mol)，因此绝大多数汽车尾气中的有机污染物均能够在光照条件下被二氧化钛催化分解为碳酸盐和硝酸盐，然后吸附在路面空隙中，遇雨天即可随雨水冲走，有效降低了尾气对环境的污染。
组成沥青的碳、氢、氧各元素之间形成的化学键有一定的能量，而在一定波段的光的能量可以导致沥青分子的化学键断裂，进而与氧发生反应，产生光氧老化。二氧化钛可以吸收、屏蔽、散射一定量的紫外线，能够抑制由于紫外光照射引起的沥青质的增加和轻质油的减少，提高了沥青路面抵抗紫外光老化的能力。
OGFC是一种嵌挤型热拌沥青混合料，能够与基质沥青形成大孔隙开级配排水式沥青磨耗层，是指用大孔隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的优良品性。设计孔隙率大于18％，具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。由于采用OGFC形成的路面具有较多的孔隙，能够有效提高二氧化钛与汽车尾气的接触面积，提高了二氧化钛催化尾气中有机污染物的分解效率，同时也进一步提高了二氧化钛的光照面积，提高了二氧化钛的光催化效果，从而能够通过使用更少的二氧化钛而达到良好的分解效率，有效降低了生产成本。
本发明进一步设置为：所述吸收层原料包括膨胀蛭石4-6份。
通过采用上述技术方案，膨胀蛭石的表面具有数量众多的毛细孔，具有良好的吸附能力，能够吸附道路上的汽车尾气，同时采用OGFC形成的路面与膨胀蛭石相配合，进一步提高了膨胀蛭石的吸收面积，有效提高了对汽车尾气的吸收效率。
影响沥青老化的因素主要有以下几种：沥青与氧接触会产生氧化反应，沥青中的芳香酚和胶质发生氧化脱氢缩合，氧化反应后生成羧酸、酚类和酯类等，这些物质之间结合而向高分子转化生成沥青质。在老化过程中，低分子量的组分向高分子量转化，导致沥青的延展性降低。沥青处于高温的状态下加速轻质组分的挥发，改变沥青的组分组成，导致沥青老化。高温也会诱发沥青分子中的不饱和双键小时，改变沥青分子的链接方式，使沥青变质。
由于膨胀蛭石的微孔结构，使得膨胀蛭石具有良好的隔热、吸音性能，能够有效降低沥青路面的热老化速度以及车辆在路面行驶过程中所产生的噪音。此外，由于蛭石具有较大的比表面积，可以有效阻碍氧在沥青中的传播，从而延缓沥青的老化，提高沥青的抗热氧老性能。
本发明进一步设置为：所述吸收层原料包括十二烷基硫酸铵3-5份。
通过采用上述技术方案，蛭石为层状结构的硅酸盐，具有较大的表面能和疏油性，使得沥青分子难以其层结构之间。而十二烷基硫酸铵中的有机铵阳离子能够通过离子交换反应来置换膨胀蛭石间原有的水合阳离子，从而使亲水的膨胀蛭石疏水化，同时该有机阳离子能够降低膨胀蛭石的表面能，改善膨胀蛭石与沥青之间的润湿作用，使膨胀蛭石与沥青具有良好的相容性和粘结性。
十二烷基硫酸铵还具有良好的分散性，能够提高二氧化钛和膨胀蛭石在OGFC和基质沥青中的分散均匀度，进而保证了每个单位面积的路段内均能够维持较高的汽车尾气吸收效率。
本发明进一步设置为：所述吸收层原料包括酞菁染料3-6份。
通过采用上述技术方案，在可见光照射条件下，染料分子会被激发，电子会跃迁到二氧化钛的导带，生成正碳自由基，这样原本无法被可见光激发的二氧化钛就具有了可见光吸收能力，从而将二氧化钛的光响应范围从紫外光拓展到可见光区域，提高了二氧化钛的光催化效率以及对汽车尾气的吸收效率。
同时酞菁染料容易被膨胀蛭石吸附，进而均匀分布于基质沥青中，进而使得路面获得染色的效果，提高了美观度。
本发明进一步设置为：所述二氧化钛采用锐钛矿型二氧化钛。
通过采用上述技术方案，二氧化钛晶体结构通常分为锐钛矿型和金红石型，锐钛矿型的二氧化钛相对于金红石型的二氧化钛具有更强的催化活性，这决定于电子-空穴重结合被抑制的程度，锐钛矿型相对多一些。因此，通过采用锐钛矿型的二氧化钛能够进一步提高路面对汽车尾气的吸收效率。
本发明进一步设置为：所述二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛和红金石型二氧化钛的混合物，锐钛矿型和红金石型的比例为7:3。
通过采用上述技术方案，经试验证明，混晶型二氧化钛形成了类似复合半导体，使光生空穴和电子发生有效分离，减少复合几率，致使光催化活性进一步获得提高，两者具有协同效应。同时经过多次试验证明，锐钛矿型和红金石型的比例为7:3时的活性最高。
本发明进一步设置为：按重量份数计，所述吸收层原料包括锡盐2-4份和钛盐2-4份。
通过采用上述技术方案，锡盐能够与钛盐发生复合生成二氧化钛/二氧化锡复合物，二氧化钛的导带位置高于二氧化锡，二氧化钛导带上的光激发电子容易迁移到二氧化锡导带上，与此同时，二氧化锡价带位置低于二氧化钛，停留在二氧化锡表面的空穴可以转移至二氧化钛价带上，该体系的光生载流子就得到了有效分离，光子的利用率得到有效提高，从而提高了对汽车尾气的分解效率。
本发明的另一目的在于提供一种用于吸收汽车尾气的市政道路的施工方法，包括以下步骤：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
通过采用上述技术方案，采用溶胶-凝胶法和简单焙烧结合的方法制备二氧化钛/二氧化锡复合物，技术原理简单，操作简便，对设备要求低，成本大大降低。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.绝大多数汽车尾气中的有机污染物均能够在光照条件下被二氧化钛催化分解为碳酸盐和硝酸盐，然后吸附在路面空隙中，遇雨天即可随雨水冲走；
2.二氧化钛可以吸收、屏蔽、散射一定量的紫外线，能够抑制由于紫外光照射引起的沥青质的增加和轻质油的减少，提高了沥青路面抵抗紫外光老化的能力；
3.采用OGFC形成的路面具有较多的孔隙，能够有效提高二氧化钛与汽车尾气的接触面积，提高了二氧化钛催化尾气中有机污染物的分解效率，同时也进一步提高了二氧化钛的光照面积，提高了二氧化钛的光催化效果；
4.十二烷基硫酸铵还具有良好的分散性，能够提高二氧化钛和膨胀蛭石在OGFC和基质沥青中的分散均匀度，进而保证了每个单位面积的路段内均能够维持较高的汽车尾气吸收效率
5.在可见光照射条件下，染料分子会被激发，电子会跃迁到二氧化钛的导带，生成正碳自由基，这样原本无法被可见光激发的二氧化钛就具有了可见光吸收能力，从而将二氧化钛的光响应范围从紫外光拓展到可见光区域，提高了二氧化钛的光催化效率以及对汽车尾气的吸收效率；
6.混晶型二氧化钛形成了类似复合半导体，使光生空穴和电子发生有效分离，减少复合几率，致使光催化活性进一步获得提高，两者具有协同效应；
7.将二氧化钛与二氧化锡进行复合，二氧化钛的导带位置高于二氧化锡，二氧化钛导带上的光激发电子容易迁移到二氧化锡导带上，与此同时，二氧化锡价带位置低于二氧化钛，停留在二氧化锡表面的空穴可以转移至二氧化钛价带上，该体系的光生载流子就得到了有效分离，光子的利用率得到有效提高，从而提高了对汽车尾气的分解效率。
附图说明
图1是实施例的结构示意图。
附图标记说明：1、基层；2、吸收层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
其中，钛盐可以是四氯化钛、硫酸酞或钛醇盐，锡盐可以是氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
实施例2，与实施例1的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
实施例3，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
其中，钛盐可以是四氯化钛、硫酸酞或钛醇盐，锡盐可以是氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
实施例4，与实施例3的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
实施例5，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
其中，钛盐可以是四氯化钛、硫酸酞或钛醇盐，锡盐可以是氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
实施例6，与实施例5的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
实施例7，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
其中，钛盐可以是四氯化钛、硫酸酞或钛醇盐，锡盐可以是氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
实施例8，与实施例7的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
实施例9，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，将二氧化钛、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
实施例10，与实施例9的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
对比例1，一种用于吸收汽车尾气的市政道路，包括基层和铺设于基层上的吸收层。其中基层为普通混凝土层，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。该市政道路采用以下步骤施工获得：
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
其中，钛盐可以是四氯化钛、硫酸酞或钛醇盐，锡盐可以是氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。
步骤2，将二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
对比例2，与对比例1的不同之处在于，按重量份数计，吸收层原料组分如表1所示。
其中，对汽车尾气的吸收性能采用以下测试方式：制备长30cm，宽30cm，高5cm的吸收层为样品，每个实施例/对比例均取5件样品放置于密闭且可透光的尾气分析设备中，在光照条件下通入汽车尾气，经过30min后采用尾气分析测试设备中NOX含量的变化，计算获得NOX的平均净化率，净化率如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
OGFC 100 110 90 100 100 120
基质沥青 7 6 8 8 10 5
二氧化钛 8 8 7 9 7 8
膨胀蛭石 5 6 0 0 4 6
十二烷基硫酸铵 3 3 4 5 0 0
酞菁染料 4 5 5 4 3 5
锡盐 3 3 4 3 2 3
钛盐 3 3 4 3 2 3
净化率(％) 95.4 95.6 90.7 90.2 93.2 93.5
表1-续
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：包括基层、铺设于基层上的吸收层，按重量份数计，所述吸收层原料包括以下组分，
OGFC 90-120份；
基质沥青 5-10份；
二氧化钛 6-9份。
2.根据权利要求1所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：所述吸收层原料包括膨胀蛭石4-6份。
3.根据权利要求2所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：所述吸收层原料包括十二烷基硫酸铵3-5份。
4.根据权利要求2所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：所述吸收层原料包括酞菁染料3-6份。
5.根据权利要求1所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：所述二氧化钛采用锐钛矿型二氧化钛。
6.根据权利要求5所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：所述二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛和红金石型二氧化钛的混合物，锐钛矿型和红金石型的比例为7:3。
7.根据权利要求6所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路，其特征在于：按重量份数计，所述吸收层原料包括锡盐2-4份和钛盐2-4份。
8.一种如权利要求1所述的一种用于吸收汽车尾气的市政道路的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，取一定量的锡盐，与无水乙醇混合并搅拌均匀，将钛盐溶液加入锡盐溶液中，加入去离子水搅拌均匀，并不断加入氨水调节溶液PH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，获得二氧化钛/二氧化锡复合材料的前驱体，将该前躯体经过研磨后在450-550℃下焙烧1.5-3h，获得二氧化钛/二氧化锡复合物；
步骤2，将二氧化钛、二氧化钛/二氧化锡复合物、膨胀蛭石、十二烷基硫酸铵和酞菁染料加入到OGFC和基质沥青的混合物中进行高速搅拌搅拌获得吸收层，依次将基层和吸收层铺设至道路板块上。
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