利用活性炭吸附性提高瀝青路面對(duì)汽車(chē)尾氣降解效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種于利用活性炭的多孔高吸附性能負(fù)載納米二氧化鈦(T12)提高瀝青路面對(duì)汽車(chē)尾氣降解效果的方法，屬于汽車(chē)尾氣治理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)保有量急劇增加，汽車(chē)尾氣問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻。研究者們對(duì)降低汽車(chē)尾氣污染的相關(guān)工作也持續(xù)了近半個(gè)世紀(jì)，雖然有越來(lái)越多的新材料、新技術(shù)、新措施應(yīng)用于尾氣凈化上，但機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染仍然得不到較好的解決，各種各樣的尾氣凈化技術(shù)有其局限性。近年來(lái)，納米光催化技術(shù)發(fā)展迅速，幾乎能降解所有的污染物，并且具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、二次污染少等突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在環(huán)境污染治理中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用發(fā)展很快，道路工作研究者們考慮從汽車(chē)的載體-路面入手，開(kāi)發(fā)一種新型的可降解汽車(chē)尾氣的路面材料，以路面為載體，降解汽車(chē)尾氣。到目前為止，這項(xiàng)新技術(shù)在國(guó)際上已取得了一定的成果，證實(shí)了其應(yīng)用的可行性。日本、英國(guó)、意大利等國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始了這方面的研究并通過(guò)對(duì)實(shí)際測(cè)試路段的分析總結(jié)，取得了一定的成果。特別是日本，已經(jīng)將可降解汽車(chē)尾氣中氮氧化物成分的瀝青混合料研究作為開(kāi)發(fā)一種新型的路面材料提上了研究日程。瀝青路面作為我國(guó)公路、城市道路和機(jī)場(chǎng)道面的主要鋪裝形式，這種新型光催化材料可利用瀝青路面為載體通過(guò)添加到瀝青混合料的方式形成光催化環(huán)保路面，以達(dá)到吸附、降解有害氣體，凈化空氣的目的。
[0003]但是，將T12作為光降解材料應(yīng)用于瀝青路面還存在一些問(wèn)題有待解決。首先，由于打02光催化劑自身對(duì)污染物的吸附性差，污染物在催化劑表面難以富集，致使污染物分子與T12分子碰撞減少，光催化效應(yīng)發(fā)揮不完全，光降解效率低；其次，納米T12的比表面積大，比表面能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，由于范德華力和庫(kù)侖力的存在促使表面粒子相互依靠，形成硬團(tuán)聚和軟團(tuán)聚，導(dǎo)致納米T12在瀝青混合料中分散性較差，致使納米1102失去應(yīng)有的功能和物理性質(zhì)，在降解污染物時(shí)，催化效果較差；最后，由于瀝青表現(xiàn)出親油憎水性，與無(wú)機(jī)T12的親水憎油性相沖突，如直接提高1102負(fù)載量，會(huì)影響瀝青混合料路用性能。所以，考慮如何提高瀝青路面負(fù)載的1102光催化性能的同時(shí)不嚴(yán)重影響瀝青混合料路用性能尤為重要。
[0004]為了解決上述問(wèn)題，近年來(lái)研究者開(kāi)始致力于結(jié)合物理吸附和化學(xué)降解作用，將催化劑負(fù)載于吸附材料上，制備具有協(xié)同效應(yīng)的吸附型光催化反應(yīng)器。因此，考慮將納米T12負(fù)載于強(qiáng)吸附材料上，制備吸附型光催化復(fù)合材料可有效解決納米T1 2在瀝青路面中負(fù)載量小和光催化效率低的問(wèn)題。在眾多吸附型材料中，活性炭作為一種多孔吸附材料，由于其特殊比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，以及較強(qiáng)的吸附性能，可以提高T12表面氧與污染物物的濃度，增大污染氣體與光催化材料的接觸面積。
[0005]所以，本發(fā)明以活性炭為載體，通過(guò)利用活性炭的多孔高吸附性能，以提高瀝青路面中納米T1j^負(fù)載量，減少對(duì)瀝青路面使用性能影響，同時(shí)可避免直接添加T12帶來(lái)的分散不均勻，導(dǎo)致光催化效率低，從而充分利用納米T12的光催化性能，對(duì)基于瀝青路面載體凈化空氣質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](I)技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明是一種于利用活性炭的高吸附特性，通過(guò)吸附與降解的協(xié)同作用提高瀝青路面負(fù)載的納米1102對(duì)汽車(chē)尾氣的光催化降解效率和降解效果的方法，解決目前瀝青路面負(fù)載的納米T12光催化效率低、降解效果差的問(wèn)題。
[0008](2)技術(shù)方案
[0009]目前常采用直接摻加T12的方法難以提高瀝青路面降解汽車(chē)尾氣的效果，且影響瀝青路面的使用性能和耐久性。本發(fā)明利用活性炭多孔高吸附性的特點(diǎn)，通過(guò)溶膠-凝膠法制備納米T12溶膠，在T1 2溶膠狀態(tài)下采用磁力攪拌器高速攪拌使活性炭與T1 2溶膠充分混合后，在真空負(fù)壓下通過(guò)浸漬法負(fù)載納米T12,煅燒得到活性炭-T12復(fù)合光催化材料。通過(guò)掃描電鏡，比表面氮吸附儀器表征該復(fù)合光催化材料的吸附效果，并結(jié)合其對(duì)汽車(chē)尾氣降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定T12最佳負(fù)載量，然后把負(fù)載T12的活性炭顆粒作為細(xì)集料以不同摻量添加到瀝青混合料中成型瀝青混合料車(chē)轍板試件，測(cè)試該試件對(duì)汽車(chē)尾氣降解效能和瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能，確定最佳活性炭-!!(^復(fù)合光催化材料摻量。
[0010](3)有益效果
[0011]納米1102由于其良好的光催化性，可用于瀝青路面中降解汽車(chē)尾氣，凈化空氣環(huán)境。但在瀝青路面中，由于瀝青結(jié)構(gòu)致密，汽車(chē)尾氣基本上不能透入內(nèi)部，并且瀝青的顏色為黑色，對(duì)光線有較強(qiáng)的吸收作用和較弱的透光性，大大減弱了到達(dá)位于瀝青混合料內(nèi)部的光催化材料的光強(qiáng)，瀝青混合料內(nèi)部的光催化劑不能充分的接觸反應(yīng)物質(zhì)和紫外光，只有表面極少量的光催化劑發(fā)揮微弱的光催化活性。而由于無(wú)機(jī)1102表現(xiàn)出的親水憎油性，過(guò)大摻雜量直接添加納米T12又會(huì)嚴(yán)重影響瀝青路面路用性能。本發(fā)明提供一種基于活性炭多孔高吸附性的特點(diǎn)，先采用溶膠-凝膠-浸漬法負(fù)載納米T12,制備活性炭-T12復(fù)合光催化材料并用于瀝青路面，其與瀝青表現(xiàn)出的同樣的親油憎水性有利于提高納米打02在瀝青路面中的分散能力，且由于活性炭多孔特征和吸附的性能，通過(guò)其與納米T12的吸附與降解的協(xié)同作用提高瀝青路面負(fù)載的納米T12對(duì)汽車(chē)尾氣的光催化降解效率和降解效果，同時(shí)可減少對(duì)瀝青混合料路用性能影響，提高瀝青路面耐久性。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明是一種于利用活性炭的多孔高吸附性能負(fù)載納米二氧化鈦(T12)提高瀝青路面對(duì)汽車(chē)尾氣降解效果的方法，具體實(shí)施步驟如下:
[0013](I)取適量的活性炭顆粒，放入燒杯中，加入一定量的蒸餾水，加熱至沸騰后，倒出沸騰液，再換取一定量的蒸餾水，加熱至沸騰后倒出，反復(fù)三次，然后放入烘箱中，在80°C下干燥12小時(shí)，從而去除活性炭在存放過(guò)程中所吸附的雜質(zhì)，完成活性炭預(yù)處理；
[0014](2)采用溶膠-凝膠法制備T12溶膠，在T1 2溶膠中采用磁力攪拌器高速攪拌的狀態(tài)下按照活性炭顆粒與T12的不同摻量比例緩慢加入干燥后的活性炭，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使活性炭與1102溶膠充分混合后，放入真空設(shè)備內(nèi)真空負(fù)壓浸漬2小時(shí)，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥內(nèi)12小時(shí)后，在500°C的馬弗爐中煅燒2小時(shí)制得活性炭-T12復(fù)合光催化材料；
[0015](3)利用掃描電鏡，比表面氮吸附儀測(cè)試活性炭-T12復(fù)合光催化材料的吸附效果，并結(jié)合活性炭-T12復(fù)合光催化材料對(duì)汽車(chē)尾氣降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定活性炭對(duì)納米T1 2最佳負(fù)載量；
[0016](4)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中，把負(fù)載T12的活性炭顆粒作為細(xì)集料以不同摻量添加到瀝青混合料中，成型瀝青混合料車(chē)轍板試件，測(cè)試活性炭-打02復(fù)合光催化劑不同摻量的車(chē)轍試件對(duì)汽車(chē)尾氣降解效能影響；
[0017](5)利用添加不同摻量活性炭-T12復(fù)合光催化劑制備的瀝青混合料成型各種試件，分別測(cè)試瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，根據(jù)這些路用性能測(cè)試結(jié)果，并結(jié)合汽車(chē)尾氣降解效能，確定瀝青混合料中活性炭-T12復(fù)合光催化劑最佳摻量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明是一種于利用活性炭的多孔高吸附性能負(fù)載納米二氧化鈦(Ti02)提高瀝青路面對(duì)汽車(chē)尾氣降解效果的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下: (1)取適量的活性炭顆粒，放入燒杯中，加入一定量的蒸餾水，加熱至沸騰后，倒出沸騰液，再換取一定量的蒸餾水，加熱至沸騰后倒出，反復(fù)三次，然后放入烘箱中，在80°C下干燥12小時(shí)，從而去除活性炭在存放過(guò)程中所吸附的雜質(zhì)，完成活性炭預(yù)處理； (2)采用溶膠-凝膠法制備T12溶膠，在T12溶膠中采用磁力攪拌器高速攪拌的狀態(tài)下按照活性炭顆粒與T12的不同摻量比例緩慢加入干燥后的活性炭，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使活性炭與1102溶膠充分混合后，放入真空設(shè)備內(nèi)真空負(fù)壓浸漬2小時(shí)，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥12小時(shí)后，在500°C的馬弗爐中煅燒2小時(shí)制得活性炭_1102復(fù)合光催化材料； (3)利用掃描電鏡，比表面氮吸附儀測(cè)試活性炭_1102復(fù)合光催化材料的吸附效果，并結(jié)合活性炭-T12復(fù)合光催化材料對(duì)汽車(chē)尾氣降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定活性炭對(duì)納米T12最佳負(fù)載量； (4)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中，把負(fù)載1102的活性炭顆粒作為細(xì)集料以不同摻量添加到瀝青混合料中，成型瀝青混合料車(chē)轍板試件，測(cè)試活性炭-T12復(fù)合光催化劑不同摻量的車(chē)轍試件對(duì)汽車(chē)尾氣降解效能影響； (5)利用添加不同摻量活性炭-T12復(fù)合光催化劑制備的瀝青混合料成型各種試件，分別測(cè)試瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，根據(jù)這些路用性能測(cè)試結(jié)果，并結(jié)合汽車(chē)尾氣降解效能，確定瀝青混合料中活性炭-T12復(fù)合光催化劑最佳摻量。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種于利用活性炭多孔吸附性能負(fù)載納米二氧化鈦(TiO2)提高瀝青路面對(duì)汽車(chē)尾氣降解效果的方法，屬于汽車(chē)尾氣治理技術(shù)領(lǐng)域，解決目前瀝青路面負(fù)載的TiO2光催化效率低、降解效果差的問(wèn)題。先通過(guò)溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠，并使活性炭與TiO2溶膠充分混合后，在真空負(fù)壓下通過(guò)浸漬法負(fù)載納米TiO2，煅燒制得活性炭-TiO2復(fù)合光催化劑；采用掃描電鏡，比表面氮吸附儀器表征該復(fù)合光催化材料的吸附效果，并結(jié)合其對(duì)汽車(chē)尾氣降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定TiO2最佳負(fù)載量；然后把負(fù)載TiO2的活性炭顆粒作為細(xì)集料以不同摻量添加到瀝青混合料中成型瀝青混合料試件，測(cè)試試件對(duì)汽車(chē)尾氣降解效能和各項(xiàng)路用性能，確定該復(fù)合光催化劑的最佳摻量，提高瀝青路面降解汽車(chē)尾氣效果。
【IPC分類(lèi)】B01J21/18, B01J20/20, B01D53/94, B01J20/30
【公開(kāi)號(hào)】CN105170083
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】許濤, 方博文, 李國(guó)芬, 王宏暢
【申請(qǐng)人】南京林業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日