一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法

摘要

本发明属于道路工程技术领域，公开了一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法。将沥青混合料、聚苯乙烯和二氧化钛加入到四氢呋喃中溶解分散均匀，配制成涂层溶液备用；将涂层溶液均匀地喷洒在沥青路面上，待四氢呋喃挥发完毕即可得到尾气降解路面。本发明的基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面，不仅前期尾气降解效果良好，其耐久性也较为可观。

权利要求

1.一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛加入到四氢呋喃中溶解分散均匀，配制成涂层溶液备用；将涂层溶液均匀地喷洒在沥青路面上，待四氢呋喃挥发完毕即可得到尾气降解路面。

2.根据权利要求1所述的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，其特征在于：所述沥青混合料是指SBS改性沥青。

3.根据权利要求1所述的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，其特征在于：所述沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛加入的质量比为1:1:(0.5～

2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，其特征在于：所述涂层溶液中沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛的总浓度为75～

120mg/mL。

5.根据权利要求1所述的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，其特征在于：所述涂层溶液的配制在温度为17～23℃、湿度为55％～65％的环境下进行。

说明书

一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备

方法

技术领域

[0001] 本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法。

背景技术

[0002] 目前，汽车保有量呈快速增长趋势。汽车给人们出行带来了便利，然而其排放的尾气是造成大气污染的主要组成成分。在大雾天气中，汽油造成的污染占主要部分。为解决这一问题，世界各国都加快了对汽车尾气净化技术的研究工作，并出台了各种强制性的尾气排放标准控制法规。目前，世界上解决尾气污染的措施主要包括：行政强制措施(单双号出行)、尾气机内净化措施(新型燃料)、尾气机外净化措施(三元催化剂)以及近几年出现的各种可降解尾气的新材料(建筑涂料)，但是现有的这些方法在经济性或实用性方面均存在一些难以解决的问题。

[0003] 纳米光催化材料因其良好的光催化活性、化学稳定性以及可循环利用性，常被用作净化空气的新材料。由于二氧化钛具有良好的抗光腐蚀性、光触媒活性高、无毒害、来源丰富制备容易等特点，被认为是最好的光催化材料。目前可降解尾气的路面所用的光催化材料基本都是二氧化钛。

[0004] 将二氧化钛添加到沥青路面中主要有两种方式：(1)掺入式，掺入式是在混合料中将纳米二氧化钛被作为填料的一部分加入直接拌和，以使混合料实现光催化功能；(2)涂覆式，涂覆式是将纳米二氧化钛制成涂层涂料，然后涂敷于道路表面。掺入法虽然操作简单，但混合料内部的纳米二氧化钛材料由于受到混合料的覆盖作用无法接收到紫外线光的照射，因此不能发挥作用，这造成了纳米二氧化钛的严重浪费。涂覆法较掺入式具有更高的降解效率，目前我国大部分地区都是采用将纳米二氧化钛浆液喷洒到沥青路面来降解尾气，直接向沥青路面喷洒水性二氧化钛浆液存在一个缺点，就是二氧化钛容易被过往车辆带走，不能实现降解尾气的耐久性。

发明内容

[0005] 针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法。其目的在于能够有效且长久地降解沥青路面尾气。

[0006] 本发明目的通过以下技术方案实现：

[0007] 一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，包括如下步骤：

[0008] 将沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛加入到四氢呋喃中溶解分散均匀，配制成涂层溶液备用；将涂层溶液均匀地喷洒在沥青路面上，待四氢呋喃挥发完毕即可得到尾气降解路面。

[0009] 优选地，所述沥青混合料是指SBS改性沥青。

[0010] 优选地，所述沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛加入的质量比为1:1:(0.5～2)。

[0011] 优选地，所述涂层溶液中沥青混合料、聚苯乙烯和纳米二氧化钛的总浓度为75～120mg/mL。

[0012] 优选地，所述涂层溶液的配制在温度为17～23℃、湿度为55％～65％的环境下进行。

[0013] 本发明的原理为：沥青混合料如SBS改性沥青和聚苯乙烯溶于四氢呋喃，由于四氢呋喃沸点很低，其会随着时间流逝慢慢蒸发，蒸发时吸热，周围空气中的水蒸气凝结，在重力和毛细力的作用下，水滴在沥青膜表面形成微观多孔结构，而二氧化钛是不溶于四氢呋喃的，所以其会分布在那些微观多孔结构中。将涂层溶液喷洒到沥青路面，二氧化钛会粘附在路面孔结构中，不会被过往车辆的轮胎带走，从而实现降解尾气的耐久性。

[0014] 相对于现有技术，本发明的方法具有如下优点及有益效果：

[0015] (1)本发明的基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，将涂层溶液直接喷洒到沥青路面上，达到降解尾气的效果，制备方法简单，操作方便。

[0016] (2)本发明的基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，不仅前期尾气降解效果良好，其耐久性也较为可观。

[0017] (3)本发明的基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法能够应用于沥青路面，为降解道路尾气提供一种新方法。

附图说明

[0018] 图1是实施例1所制备的二氧化钛涂层溶液在载玻片上的SEM图。

[0019] 图2是实施例2所制备的二氧化钛涂层溶液在载玻片上的SEM图。

[0020] 图3是实施例1所制备的二氧化钛涂层溶液在集料上的SEM和EDX图。

[0021] 图4是实施例2所制备的二氧化钛涂层溶液在集料上的SEM和EDX图。

[0022] 图5是实施例中磨耗前试件的尾气降解效率测试结果图。

[0023] 图6是实施例中磨耗后试件的尾气降解效率测试结果图。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0025] 对比例

[0026] 本对比例的一种含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，具体步骤如下：

[0027] (1)在温度为(20±3℃)和湿度为(60±5％)的条件下，取0.4g二氧化钛和适量水配制成浓度为120mg/mL的水性二氧化钛涂层溶液；

[0028] (2)制备标准马歇尔试件，其设计空隙率为4.4％，沥青用量为6.1％；

[0029] (3)在一个高度潮湿的环境中，用喷雾器将水性二氧化钛涂层溶液均匀喷洒到标准马歇尔试件表面，每个试件用量为7mL，共喷洒三个试件，分别标号WCM1、WCM2、WCM3。

[0030] 实施例1

[0031] 本实施例的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，具体步骤如下：

[0032] (1)在温度为(20±3℃)和湿度为(60±5％)的条件下，取0.5g二氧化钛、1g聚苯乙烯、1gSBS改性沥青和适量四氢呋喃配制成浓度为75mg/mL的二氧化钛涂层溶液；

[0033] (2)使用胶头滴管将该涂层溶液滴到干净的载玻片和集料上，然后使用SEM和EDX实验观测二氧化钛在涂层材料上的分布情况；

[0034] (3)制备标准马歇尔试件，其设计空隙率为4.4％，沥青用量为6.1％；

[0035] (4)在一个高度潮湿的环境中，用喷雾器将二氧化钛涂层溶液均匀喷洒到标准马歇尔试件表面，每个试件用量为7mL，共喷洒三个试件，分别标号L-PCM1、L-PCM2、L-PCM3。

[0036] 对所制备的滴有二氧化钛涂层溶液的载玻片和集料进行微观结构扫描试验。本实施例所制备的二氧化钛涂层溶液在载玻片上的SEM图如图1所示；在集料上的SEM和EDX图如图3所示。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例的一种基于界面改性的含纳米二氧化钛尾气降解路面的制备方法，具体步骤如下：

[0039] (1)在温度为(20±3℃)和湿度为(60±5％)的条件下，取0.4g二氧化钛、0.2g聚苯乙烯、0.2gSBS改性沥青和适量四氢呋喃配制成浓度为120mg/mL的二氧化钛涂层溶液；

[0040] (2)使用胶头滴管将该涂层溶液滴到干净的载玻片和集料上，然后使用SEM和EDX实验观测二氧化钛在涂层材料上的分布情况；

[0041] (3)制备标准马歇尔试件，其设计空隙率为4.4％，沥青用量为6.1％；

[0042] (4)在一个高度潮湿的环境中，用喷雾器将水性二氧化钛涂层溶液均匀喷洒到标准马歇尔试件表面，每个试件用量为7mL，共喷洒三个试件，分别标号H-PCM1、H-PCM2、H-PCM3。

[0043] 对所制备的滴有二氧化钛涂层溶液的载玻片和集料进行微观结构扫描试验。本实施例所制备的二氧化钛涂层溶液在载玻片上的SEM图如图2所示；在集料上的SEM和EDX图如图4所示。

[0044] 由以上图1～4的结果可以看出，二氧化钛纳米颗粒的掺入对微观多孔结构的形成影响不大，在实施例1和2试样的表面都能观察到规律排列的微孔。并且纳米二氧化钛颗粒趋向于分布在微孔壁上，这是由于萃取乳液效应：当固体颗粒分布在乳液交界面时乳液达到稳定状态。

[0045] 将对比例、实施例1～2所制备马歇尔试件及未喷洒二氧化钛涂层溶液的原始马歇尔试件(标号OM)进行磨耗前后的尾气降解效率测试：

[0046] (1)采用专门设置环境测试设备(包括真空室、NO气体罐、光源、反应室、氮氧化物2
分析仪和数据记录器)进行尾气降解效率测试，控制荧光灯发出的紫外光强度为10W/m ，波长为365nm。反应室的温度和湿度分别控制在20℃和10％。测试开始时，打开气流控制阀，待反应室内的尾气浓度达到平衡，然后打开紫外线灯开始进行降解试验，待反应室内的气体浓度再度达到平衡即可停止试验。

[0047] (2)将马歇尔试件浸入水中3min，然后取出并固定在地面上，再使用摆式摩擦仪在试件表面重复摩擦50～200次，然后进行与步骤(1)相同的降解试验。

[0048] 磨耗前的尾气降解效率测试结果如图5所示。从测试结果来看，OM试件的NO降解率几乎为零，在其它三组喷洒了二氧化钛涂层溶液的试件中，H-PCM的平均NO降解率最高，其次是WCM和L-PCM，值得注意的是，H-PCM和WCM试件表面二氧化钛含量实际上是相同的，都是L-PCM试件的4倍。因此，基于界面改性将微观多孔结构引入到涂层材料中，显著提高了沥青混合料中二氧化钛的光催化性能，使路面具有更优良的尾气降解效果。

[0049] 磨耗后的尾气降解效率测试结果如图6所示。从测试结果来看，与原始无磨损状态相比，在50次磨耗后，所有试件的NO降解效率明显降低，然而，经过200次的磨擦后，NO降解效率只有轻微的下降。结果表明，基于界面改性的二氧化钛涂层要比传统的水性溶液具有更好的耐磨性和NO降解耐久性。因为路面的微观多孔结构能保护二氧化钛不受橡胶直接磨损，同时，微孔内的TiO2颗粒也不易被挤进沥青粘合剂内部，因而降解NO等污染物的效果更好。

[0050] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。