活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭改性瀝青路面研究

　　在環(huán)境空氣和雨水中經(jīng)常檢測(cè)到來(lái)自交通或工業(yè)的非點(diǎn)源污染，例如揮發(fā)性有機(jī)化合物(例如苯，甲苯，乙苯和二甲苯等)。由于來(lái)自汽車尾氣的污染是主要的非點(diǎn)源污染來(lái)源之一，如果可以在瀝青路面上保持汽車在道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的污染物排放，則可以控制這些有害物質(zhì)的遷移。我們研究用粉狀活性炭改性具有高排水能力的多孔瀝青路面，以生產(chǎn)可滲透的反應(yīng)性路面，這可能成為減少非點(diǎn)源污染的潛力。

　　多孔瀝青路面具有幾個(gè)重要的技術(shù)特征，包括良好的防滑性能，低噪音，在雨天減少了水的飛濺和噴灑以及減輕了夜間行駛時(shí)的刺眼的燈光。這些好處部分是由于較大的空氣空隙(約20%)和多孔瀝青內(nèi)部的可滲透結(jié)構(gòu)。具有較高空隙的多孔瀝青可使排水更快，并減少危險(xiǎn)的駕駛危險(xiǎn)，例如由水坑引起的滑水。這項(xiàng)研究是我們對(duì)開發(fā)滲透性活性路面的研究的繼續(xù)，多孔瀝青最初是使用粒狀活性炭作為添加劑制備的，最后用了粉末狀活性炭代替了顆粒活性炭，本研究的目的包括(1)評(píng)估和表征活性炭改性后的瀝青路面，(2)比較多孔瀝青路面和活性炭改性后的瀝青路面對(duì)BTEX的吸附能力。

　　BTEX水溶液吸附能力實(shí)驗(yàn)

　　進(jìn)行柱吸附測(cè)試以測(cè)量活性炭改性瀝青的吸附容量并將其與多孔瀝青進(jìn)行比較。將兩種材料圓柱樣品(半徑=10cm，高度=6cm)放置在不銹鋼支架中(實(shí)驗(yàn)設(shè)置請(qǐng)參見圖1)。應(yīng)該注意的是，在這些吸附實(shí)驗(yàn)中，升高的BTEX濃度高于通常在雨水或徑流水中檢測(cè)到的濃度。在這項(xiàng)研究中使用的方法是為了確保每個(gè)單獨(dú)的吸附實(shí)驗(yàn)都可以在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)(〜60h)內(nèi)完成。通過(guò)添加純BTEX制備BTEX溶液(在RO水(pH〜6)中為60mgL-1)，在沒有頂空的2L玻璃瓶中攪拌48小時(shí)，然后轉(zhuǎn)移到袋子中。使用配有PTFE頭和管的蠕動(dòng)泵將制備的BTEX溶液向上泵入(10mLmin-1)到色譜柱中。在不同的時(shí)間間隔監(jiān)測(cè)進(jìn)水和出水中的BTEX濃度，直到達(dá)到BTEX突破。

　　圖1：多孔瀝青路面和可滲透反應(yīng)性路面-活性炭改性瀝青吸附的實(shí)驗(yàn)裝置。

　　活性炭改性瀝青和多孔瀝青性能

　　兩種材料的物理性能測(cè)試結(jié)果分別在圖2中給出，分別針對(duì)受管制和不受管制的物理性能�？障�，磨損和排水試驗(yàn)是建造多孔路面的三個(gè)主要參數(shù)。應(yīng)用空隙空間標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確活性炭改性瀝青有足夠的空間用于排水。磨耗試驗(yàn)和排水試驗(yàn)均證實(shí)活性炭改性含有適量的瀝青，以粘附和結(jié)合骨料。馬歇爾穩(wěn)定性(MS)和馬歇爾流量(MF)分別是路面抗變形能力的指標(biāo)，并且是在交通負(fù)荷下可能發(fā)生的變形程度的量度。添加的活性炭可以吸附瀝青并減少瀝青在常溫條件下流動(dòng)的趨勢(shì)�？梢钥闯�，在我們的測(cè)試中添加的活性炭百分比越高，導(dǎo)致MS值越高，MF值越低。與多孔瀝青相比，活性炭改性后具有更高的強(qiáng)度和柔韌性，同時(shí)具有優(yōu)異的MS和MF性能。保留強(qiáng)度(RS)分析用于評(píng)估材料的耐久性，這是由于瀝青老化，集料的崩解以及由于天氣或交通而從集料上剝離瀝青薄膜所致。加活性炭改性在長(zhǎng)期耐候性測(cè)試比多孔瀝青更好。

　　圖2：活性炭和多孔瀝青的調(diào)節(jié)性能(空隙，磨耗，排水，馬歇爾穩(wěn)定性，馬歇爾流量，保留強(qiáng)度，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，變形率和滲透性)的比較。

　　活性炭改性瀝青與多孔瀝青吸附能力的比較

　　為了評(píng)估其吸附能力，從穿透曲線獲得每個(gè)樣品的吸附量，并以多孔瀝青為基礎(chǔ)比較吸附變化，如圖3所示。可以看出，吸附量與BTEX在水中的溶解度(即具有較高水溶性的化合物(例如苯)表現(xiàn)出更大的吸附能力)�；钚蕴扛男詾r青路面均可有效吸附苯，甲苯，乙苯和二甲苯。單孔隙空間可能被厚厚的瀝青薄膜和過(guò)量的活性炭堵塞，從而減少了可用的吸附位點(diǎn)。BTEX在活性炭改性瀝青上的吸附容量增加量比多孔瀝青分別大47%，49%，29%和2%�？偠�言之，活性炭改性后表現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能和吸附能力，并顯示出成功的工程應(yīng)用潛力，可減少非點(diǎn)源污染中的含水有機(jī)污染物。這些初步的吸附結(jié)果可作為活性炭改性瀝青潛在應(yīng)用的參考。但是，需要進(jìn)一步評(píng)估活性炭改性瀝青中的污染物吸附動(dòng)力學(xué)，在自然環(huán)境條件下污染物的衰減，長(zhǎng)期影響和性能。

　　圖3：BTEX吸附在活性炭改性瀝青和多孔瀝青上的質(zhì)量，并以多孔瀝青為基礎(chǔ)比較吸附變化。

　　瀝青路面通過(guò)添加活性炭進(jìn)行了改性，以評(píng)估從車輛排氣中吸收BTEX的能力，從而減少空氣，土壤，地下水和地表水的非點(diǎn)源水溶液污染。根據(jù)BET和TGA分析結(jié)果，具有高表面積和熱穩(wěn)定性的活性炭可以通過(guò)在高溫混合機(jī)中與多孔瀝青混凝土混合來(lái)吸附有機(jī)化合物。根據(jù)孔隙，磨耗和排水試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果，改性活性炭瀝青樣品的孔隙(添加的活性炭的0.8和1.5%)約為20%，滿足了多孔瀝青的孔隙要求。根據(jù)材料表現(xiàn)評(píng)估，與傳統(tǒng)的多孔瀝青相比，活性炭改性瀝青符合規(guī)范的物理性能規(guī)格，并具有更高的負(fù)載強(qiáng)度，更低的應(yīng)變和更高的磁導(dǎo)率。而且，與多孔瀝青相比，活性炭改性后對(duì)BTEX的吸附容量分別增加了47%，49%，29%和2%。作為傳統(tǒng)瀝青的替代品，其在減少空氣，土壤，地下水和地表水的非點(diǎn)源污染方面具有巨大的工程應(yīng)用潛力。

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