CN110183863A

CN110183863A - 一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法

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Publication number: CN110183863A
Application number: CN201910416581.XA
Authority: CN
Inventors: 陈荣钦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-08-30

Abstract

本发明涉及一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，属于路面养护技术领域。本发明通过添加氧化镁介孔吸附剂，能有效提高其吸附性能，氧化镁的吸附性是一个在其表面发生的过程，酸性气体与氧化镁上的碱性位点发生反应，从而达到吸附气体的效果；本发明通过加入二氧化钛纳米材料，制备可降解尾气的改性沥青，纳米二氧化钛因其特殊的光催化降解作用，可以将汽车尾气中的一氧化碳、二氧化氮等有毒气体相应的分解为碳酸盐和硝酸盐，从而达到降解气体的效果，本发明通过向SBS改性沥青中加入碳五石油树脂，由于碳五石油树脂耐水性强，与SBS有很好的相容性，在加工过程中能起到补强增粘作用，提高抗剥落性，从而对沥青进行预防性养护。

Description

一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，属于路面养护技术领域。

背景技术

城市交通的迅猛发展给人们出行带来了极大便利，但是汽车尾气对城市空气环境造成了严重的污染。如何有效的降解汽车尾气改善空气质量是目前急需解决的问题之一。研究表明高密度的交通量增加了空气中氮氧化合物和挥发性有机化合物的浓度，对公众的身体健康带来严重的影响。这些污染物还可能通过长距离的迁徙造成二次污染，导致酸雨的产生和臭氧层空洞的形成。

随着经济的发展与社会的进步，我国汽车保有量急剧增加。截至2014年底，我国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆，汽车尾气污染已经成为大气污染的主要来源之一。科学分析表明，汽车尾气中含有大量的有害物质，包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，据统计我国每年汽车尾气的排放量大约在1.2亿吨左右。汽车尾气是很多城市大气污染的罪魁祸首之一，光化学烟雾就是其有害产物之一。因此，如何脱除和治理尾气中的氮氧化物成为当前亟需解决的环保问题。

随着沥青路面开放运营几年后，表面通常出现疲劳裂纹、损失细骨料的现象，进而影响其渗水性，路表水经过裂缝或细骨料损伤处（露骨处）进入到沥青混合料中，汽车高速通过时在动水压力的反复作用下，进一步加速了路面的损坏，产生网裂、龟裂、坑洞等病害。在微裂缝和细骨料损失初期，路面基本处于完好状态，此时如何对路面进行预防性养护、减缓病害扩展速率、提高路面使用寿命，也是路面养护过程中面临的重要问题之一。

考虑到汽车尾气在排放过程中主要向路面流动，如果将光催化材料添加到路面材料中，汽车尾气就可以通过光催化材料的作用转化为对人体无害的物质，从而实现降解汽车尾气的目的。因此，制备可用于催化降解汽车尾气的沥青混合料已经成为一种可行的方法。

光催化技术是太阳能利用、环境净化中极具应用潜力的方法之一。TiO半导体具有无毒、廉价、高效、稳定等优点，但其禁带宽度为3.2eV，仅能利用太阳光中的紫外光，这限制了其广泛应用。因此，修饰与改性TiO使其具有可见光活性成为光催化领域的研究热点。研究表明，利用贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合以及光敏化等手段，可使TiO的光响应波长拓展至可见光区，并不同程度地提高TiO的可见光催化活性。将TiO负载于载体是解决光催化剂易流失、提高光催化剂吸收污染物能力的有效途径。TiO复合载体材料是近几年为提高TiO光催化活性而提出的新方法，这种方法主要是利用载体材料吸附性强、比表面积大、无毒以及耐腐蚀性强等优点，以膨润土、娃藻土、新型碳材料等为载体材料组成复合体系。

目前，在路面养护技术领域还没有一种材料能够兼顾降解汽车尾气和路面养护的双重作用，因此，亟需研制一种既可以养护路面又可以降解汽车尾气的路面封层材料来填补市场的空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对路面养护技术领域还没有一种材料能够兼顾降解汽车尾气和路面养护的双重作用的问题，提供了一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将碳五石油树脂、SBS加入沥青中，在160~180℃下以400~500r/min转速搅拌1~2h，保温，得混合熔融液；

（2）将氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉体加入到混合熔融液中，在160~180℃下以500~600r/min速率恒温搅拌40~60min，常温冷却22~26h，得吸附降解尾气改性沥青。

所述的氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉末、碳五石油树脂、SBS、沥青的重量份为10~15份氧化镁、10~15份二氧化钛纳米粉末、5~10份碳五石油树脂、20~30份SBS、120~160份沥青。

步骤（2）所述的二氧化钛纳米粉体的具体制备步骤为：

（1）将钛酸丁酯加入无水乙醇中，在100~200r/min转速下搅拌20~30min，得钛酸丁酯乙醇溶液；

（2）将冰醋酸加入去离子水中，在150~200r/min转速下搅拌5~10min，调节pH2~3，得混合酸溶液；

（3）将混合酸溶液缓慢滴加至钛酸丁酯乙醇溶液中，滴加时间20~30min，置于密闭空间中在25~30℃水浴下以200~300r/min转速搅拌1~2h，得溶胶；

（4）将溶胶置于常温下陈化6~8天，再置于75~80℃下干燥22~26h，得干凝胶；

（5）将干凝胶置于球磨机中常温下以100~200r/min转速球磨2~4h，得干凝胶粉末；

（6）将干凝胶粉末置于480~500℃下恒温煅烧2~4h，得二氧化钛纳米粉体，

所述的钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的重量份为20~30份钛酸丁酯、60~80份无水乙醇、10~15份冰醋酸、20~30份去离子水。

步骤（2）所述的pH调节采用的是质量浓度为1%的盐酸。

步骤（3）所述的混合酸溶液的滴加时间为20~30min。

步骤（6）所述的二氧化钛纳米粉体的平均粒径为40~60nm。

步骤（2）所述的氧化镁介孔吸附剂的具体制备步骤为：

（1）将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在110~120℃油浴下以200~300r/min转速搅拌30~40min，得醋酸镁溶液；

（2）将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在80~90℃下干燥12h，得干燥固体；

（3）将干燥固体在空气中以3~5℃/min的温升速率升至480~500℃，煅烧2~4h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂。

所述的四水合醋酸镁、无水乙醇、丙酮的重量份为20~30份四水合醋酸镁、120~160份无水乙醇、60~80份丙酮。

步骤（3）所述的氧化镁介孔吸附剂的平均孔径为30~50nm。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过氧化镁介孔吸附剂为改性原料，制备可吸附气体的改性沥青，由于具有介孔结构和纳米颗粒的氧化镁比表面积很大，能有效提高其吸附性能，增强混凝土对汽车尾气中固体颗粒的吸附作用，并且氧化镁的吸附性是一个在其表面发生的过程，酸性气体能与氧化镁上的碱性位点发生反应，氧化镁中的电子可以在离子之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体，从而达到吸附降解气体的效果；

（2）本发明通过添加二氧化钛纳米粉末，制备可降解尾气的改性沥青，从结构上看，二氧化钛电子结构由价带和导带构成，价带为满价带而导带为空导带，从而在光照条件发生电子跃迁，电子从满价带激发到空导带，价带由于电子的离开留下相应的空穴，电子·空穴对产生，通常情况下光生电子和光生空穴分别具有很强的氧化还原能力，光生电子游离于纳米二氧化钛表面，容易附于溶解在水中氧起等氧化物，而空穴则会与二氧化钛表面的有机物或氧化物反应形成自由基，自由基可以和水中的有机物发生氧化反应，当纳米二氧化钛的粒径低于50nm时，原本连续的导带和价带能级被打断，它们的分离加宽了两者之间的能带宽度。从而增加了电子和空穴的正负极点位能量，增强了光催化材料的氧化还原能力，光催化反应效果更好，将二氧化钛制成纳米粉末可极大增加二氧化钛的比表面积，比表面积的增加使其表面原子数量也增多，从而能够吸收更多光线，粒子表面电离子浓度也随之增大，促进其表面氧化还原反应的进行，其次，的电子键位内外不同，在粒径降低和比表面积增大的情况下，由于粒子表面原子的电子配位不全，

其活性位置迅速增多，因而与普通粒子相比，纳米二氧化钛的光催化活性更高，氧化还原能力更强，并且纳米二氧化钛的粒径比外部电子层的宽度小，可以忽略外部电子层的干扰，有效提高自身的稳定性和氧化还原能力，使混凝土对汽车尾气具有良好的光催化降解作用；

（3）本发明通过向沥青中加入SBS和碳五石油树脂，由于碳五石油树脂耐水性强，与SBS有很好的相容性，在加工过程中能对沥青起到很好的补强增粘作用，提高抗剥落性，从而对沥青进行预防性养护。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量20~30份四水合醋酸镁、120~160份无水乙醇、60~80份丙酮，将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在110~120℃油浴下以200~300r/min转速搅拌30~40min，得醋酸镁溶液，将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在80~90℃下干燥12h。得干燥固体，将干燥固体在空气中以3~5℃/min的温升速率升至480~500℃，煅烧2~4h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂，再按重量份数计，分别称量20~30份钛酸丁酯、60~80份无水乙醇、10~15份冰醋酸、20~30份去离子水，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，在100~200r/min转速下搅拌20~30min，得钛酸丁酯乙醇溶液，将冰醋酸加入去离子水中，在150~200r/min转速下搅拌5~10min，滴加质量浓度为1%的盐酸，调节pH2~3，得混合酸溶液，将混合酸溶液缓慢滴加至钛酸丁酯乙醇溶液中，滴加时间20~30min，置于密闭空间中在25~30℃水浴下以200~300r/min转速搅拌1~2h，得溶胶，将溶胶置于常温下陈化6~8天，再置于75~80℃下干燥22~26h，得干凝胶，将干凝胶置于球磨机中常温下以100~200r/min转速球磨2~4h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于480~500℃下恒温煅烧2~4h，得二氧化钛纳米粉体，再按重量份数计，分别称量10~15份氧化镁、10~15份二氧化钛纳米粉末、5~10份碳五石油树脂、20~30份SBS、120~160份沥青，将碳五石油树脂、SBS加入沥青中，在160~180℃下以400~500r/min转速搅拌1~2h，保温，得混合熔融液，将氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉体加入到混合熔融液中，在160~180℃下以500~600r/min速率恒温搅拌40~60min，常温冷却22~26h，得吸附降解尾气改性沥青。

实例1

按重量份数计，分别称量20份四水合醋酸镁、120份无水乙醇、60份丙酮，将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在110℃油浴下以200r/min转速搅拌30min，得醋酸镁溶液，将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在80℃下干燥12h。得干燥固体，将干燥固体在空气中以3℃/min的温升速率升至480℃，煅烧2h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂，再按重量份数计，分别称量20份钛酸丁酯、60份无水乙醇、10份冰醋酸、20份去离子水，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，在100r/min转速下搅拌20min，得钛酸丁酯乙醇溶液，将冰醋酸加入去离子水中，在150r/min转速下搅拌5min，滴加质量浓度为1%的盐酸，调节pH2，得混合酸溶液，将混合酸溶液缓慢滴加至钛酸丁酯乙醇溶液中，滴加时间20min，置于密闭空间中在25℃水浴下以200r/min转速搅拌1h，得溶胶，将溶胶置于常温下陈化6天，再置于75℃下干燥22h，得干凝胶，将干凝胶置于球磨机中常温下以1000r/min转速球磨2h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于480℃下恒温煅烧2h，得二氧化钛纳米粉体，再按重量份数计，分别称量10份氧化镁、10份二氧化钛纳米粉末、5份碳五石油树脂、20份SBS、120份沥青，将碳五石油树脂、SBS加入沥青中，在160℃下以400r/min转速搅拌1h，保温，得混合熔融液，将氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉体加入到混合熔融液中，在160℃下以500r/min速率恒温搅拌40min，常温冷却22h，得吸附降解尾气改性沥青。

实例2

按重量份数计，分别称量25份四水合醋酸镁、140份无水乙醇、70份丙酮，将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在115℃油浴下以250r/min转速搅拌35min，得醋酸镁溶液，将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在85℃下干燥12h。得干燥固体，将干燥固体在空气中以4℃/min的温升速率升至490℃，煅烧3h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂，再按重量份数计，分别称量25份钛酸丁酯、70份无水乙醇、13份冰醋酸、25份去离子水，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，在150r/min转速下搅拌25min，得钛酸丁酯乙醇溶液，将冰醋酸加入去离子水中，在175r/min转速下搅拌7min，滴加质量浓度为1%的盐酸，调节pH2.5，得混合酸溶液，将混合酸溶液缓慢滴加至钛酸丁酯乙醇溶液中，滴加时间25min，置于密闭空间中在27℃水浴下以250r/min转速搅拌1.5h，得溶胶，将溶胶置于常温下陈化7天，再置于78℃下干燥24h，得干凝胶，将干凝胶置于球磨机中常温下以150r/min转速球磨3h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于490℃下恒温煅烧3h，得二氧化钛纳米粉体，再按重量份数计，分别称量13份氧化镁、13份二氧化钛纳米粉末、7份碳五石油树脂、25份SBS、140份沥青，将碳五石油树脂、SBS加入沥青中，在170℃下以450r/min转速搅拌1.5h，保温，得混合熔融液，将氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉体加入到混合熔融液中，在170℃下以550r/min速率恒温搅拌50min，常温冷却24h，得吸附降解尾气改性沥青。

实例3

按重量份数计，分别称量30份四水合醋酸镁、160份无水乙醇、80份丙酮，将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在120℃油浴下以300r/min转速搅拌40min，得醋酸镁溶液，将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在90℃下干燥12h。得干燥固体，将干燥固体在空气中以5℃/min的温升速率升至500℃，煅烧4h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂，再按重量份数计，分别称量30份钛酸丁酯、80份无水乙醇、15份冰醋酸、30份去离子水，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，在200r/min转速下搅拌30min，得钛酸丁酯乙醇溶液，将冰醋酸加入去离子水中，在200r/min转速下搅拌10min，滴加质量浓度为1%的盐酸，调节pH3，得混合酸溶液，将混合酸溶液缓慢滴加至钛酸丁酯乙醇溶液中，滴加时间30min，置于密闭空间中在230℃水浴下以300r/min转速搅拌2h，得溶胶，将溶胶置于常温下陈化8天，再置于80℃下干燥26h，得干凝胶，将干凝胶置于球磨机中常温下以200r/min转速球磨4h，得干凝胶粉末，将干凝胶粉末置于500℃下恒温煅烧4h，得二氧化钛纳米粉体，再按重量份数计，分别称量15份氧化镁、15份二氧化钛纳米粉末、10份碳五石油树脂、30份SBS、160份沥青，将碳五石油树脂、SBS加入沥青中，在180℃下以500r/min转速搅拌1~2h，保温，得混合熔融液，将氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉体加入到混合熔融液中，在180℃下以600r/min速率恒温搅拌60min，常温冷却26h，得吸附降解尾气改性沥青。

将本发明制备的吸附降解尾气改性沥青及现有的路面沥青材料进行检测，具体检测结果如下表表1：

表1吸附降解尾气改性沥青性能表征

由表1可知本发明制备的吸附降解尾气改性沥青，吸附性能呢好，养护性能优异，能够兼顾降解汽车尾气和路面养护的双重作用，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims

1.一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，所述的氧化镁介孔吸附剂、二氧化钛纳米粉末、碳五石油树脂、SBS、沥青的重量份为10~15份氧化镁、10~15份二氧化钛纳米粉末、5~10份碳五石油树脂、20~30份SBS、120~160份沥青。

3.根据权利要求1所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的二氧化钛纳米粉体的具体制备步骤为：

（2）将冰醋酸加入去离子水中，在150~200r/min转速下搅拌5~10min，调节 pH 2~3，得混合酸溶液；

（4）将溶胶置于常温下陈化6~8天，再置于75~80℃下干燥22~26h ，得干凝胶；

（6）将干凝胶粉末置于480~500℃下恒温煅烧2~4h，得二氧化钛纳米粉体。

4.根据权利要求3所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，所述的钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的重量份为20~30份钛酸丁酯、60~80份无水乙醇、10~15份冰醋酸、20~30份去离子水。

5.根据权利要求3所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的pH调节采用的是质量浓度为1%的盐酸。

6.根据权利要求3所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的混合酸溶液的滴加时间为20~30min。

7.根据权利要求3所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述的二氧化钛纳米粉体的平均粒径为40~60nm。

8.根据权利要求1所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的氧化镁介孔吸附剂的具体制备步骤为：

（1）将四水合醋酸镁加入无水乙醇中，在110~120℃ 油浴下以200~300r/min转速搅拌30~40min，得醋酸镁溶液；

（2）将混合液，抽滤，取滤饼，将滤饼加入丙酮中，分散后离心，取下层固体，将固体在80~90℃ 下干燥12h，得干燥固体；

（3）将干燥固体在空气中以 3~5℃/min 的温升速率升至480~500℃，煅烧2~4h，研磨，得氧化镁介孔吸附剂。

9.根据权利要求8所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，所述的四水合醋酸镁、无水乙醇、丙酮的重量份为20~30份四水合醋酸镁、120~160份无水乙醇、60~80份丙酮。

10.根据权利要求8所述的一种可吸附降解尾气改性沥青的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的氧化镁介孔吸附剂的平均孔径为30~50nm。