一种净化汽车尾气的高粘沥青材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种净化汽车尾气的高粘沥青材料及其制备方法。该高粘沥青材料，按重量份计包括以下原料组分：基质沥青100份；苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物5～15份；富芳油1～20份；稳定剂0.1~1份；多孔炭材料1～20份；沥青改性剂1～20份。所述沥青改性剂是以镧系金属氧化物为载体，以过渡金属氧化物为催化活性组分；所述过渡金属氧化物用量为镧系金属氧化物质量的5%～100%。本发明专利技术的高粘沥青材料实现了在路面温度范围内，不论有无太阳光，均可对汽车尾气中氮氧化物等主要污染物进行高效持久的净化，同时有效降低了城市路面噪音污染，增强了路面摩擦力，抑制了水膜产生，可广泛应用于现代沥青路面以及海绵城市的建设中。

A high viscosity asphalt material for purifying automobile exhaust and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种净化汽车尾气的高粘沥青材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高粘沥青材料及其制备方法，特别涉及一种净化汽车尾气的高粘沥青材料及其制备方法。
技术介绍
随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，汽车尾气产生的危害也越来越严重，对生态环境平衡及人类身体健康都造成了一定的损害，是环境污染源之一。汽车尾气中所含污染物主要包括燃料不完全燃烧产生的CO，可造成光化学烟雾的碳氢化合物，对人体危害极大的氮氧化物，以及SO2和微小颗粒（碳烟、铅氧化物等重金属氧化物等组成）等。另外，经近几年的研究表明，机动车尾气排放也造成了城市地区NH3的主要排放源。机动车尾气中的氨气产生有两方面，一是燃料的燃烧；二是尾气催化装置消除氮氧化物过程中的二次产物，此过程产生的氨要比燃料燃烧产生的氨还要多。而且，随着《国家第四阶段机动车污染物排放污染标准》（国IV）的实施，为了达到更加严格的NOx的排放标准，尿素-SCR选择性还原催化技术将应用到柴油车的尾气处理中，而这种技术的应用将会提高柴油车氨排放速率，增加机动车尾气的氨排放量。因此，机动车尾气中的氨排放已成为一个非常大的污染源。到目前为止，还没有针对机动车的氨排放设立标准和控制措施。由此，对于汽车尾气污染的防治研究就显得尤为重要和紧迫。汽车尾气污染的防治主要分为污染源控制和机外净化两种形式，其中机外净化主要是在沥青混合料中添加可净化尾气中有害气体的添加剂，以减少CO、NOx、NH3的含量。随着中国高等级公路的迅速发展，人们对道路的安全性、舒适性、环保性等方面提出了更高的要求，而随之开发出的排水性路面则可满足上述要求。排水性路面又称多孔沥青路面，指经压实后路面空隙率达到20%以上的开级配磨耗层路面，其混合料内部可形成排水通道。经验表明，排水路面使用的胶结料必须使用聚合物改性沥青，尤其是高粘度改性沥青，这样才能保证所铺筑路面具有足够的强度，避免因高空隙率而在交通荷载作用下导致的压密、变形甚至塌陷等情况的发生。目前，中国对排水性路面已经进行了较多研究，其中采用的主要沥青类型就是高粘改性沥青，通常采用高粘沥青添加剂可快速拌和得到，但存在搅拌不匀性质不均的问题，且路表面以及进入路面空隙的尾气污染物无法得到转化，在雨天情况下，尾气污染物溶于水中形成的酸性物质，会不断地冲刷侵蚀路表面及沥青混合料内部结构，这将极大降低路面使用寿命及性能表现。当前对净化汽车尾气的活性物质研究主要集中在TiO2等光催化材料，在太阳光的作用下对尾气进行一定的催化净化作用。但是TiO2存在对尾气吸附性差、只能在太阳光下发挥作用等问题。而将两者结合开发而成的具有环保功能的高粘度改性沥青在未来社会建设中具有极大的应用前景。CN107880574A公开了一种环保高粘、高弹复合改性沥青及其制备方法，其“环保”是指添加蓖麻油酸锌化合物等，用来去除因添加胶粉而引起的特殊刺鼻味道，主要是去除硫化物、氮化物等。但该专利中未对抑制剂产生的效果进行测定或其他表征，不具备对汽车尾气进行降解的功能，且其对于沥青材料粘度方面的测试数据较少，只有180℃的旋转粘度，其他指标数据同样匮乏，无法判断其是否可用于实际的公路建设之中。CN107189470A公开了一种改性高粘沥青及其制备方法，通过加入一定比例的高分子合成树脂作为粘韧性助剂，得到了一种性能较好的高粘沥青。但与常规高粘沥青相比，所添加的合成树脂将极大提升高粘沥青的成本，且未对其所强调的良好的储存稳定性进行测试。CN105820391A公开了一种高粘沥青改性剂、制备方法及改性沥青的制备方法，通过添加热塑性丁苯橡胶聚合物、改性丁苯橡胶、再生聚乙烯、再生乙烯-醋酸乙烯共聚物等，复合后得到的高粘沥青改性剂能够改善基质沥青的高低温性能和耐老化性能。但所添加的聚合物种类繁多，各聚合物性质差别大，沥青材料的稳定性及长期储存性能有待考察。综上，现有技术中常见的净化汽车尾气污染物沥青材料虽然可在一定程度上分解路面的汽车尾气污染物，但存在对尾气吸附性差、只能在太阳光下发挥作用等问题。同时，高粘沥青路面空隙率大，路表面尾气易残留在空隙中而增长对人们及近地表面植被的负面影响，现有技术中的高粘沥青所添加的聚合物种类较多，且基本未考虑汽车尾气对其路用性能的负面影响。目前，还未发现有关具备净化汽车尾气功能的高粘沥青材料的文献。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种净化汽车尾气的高粘沥青材料及其制备方法。本专利技术的高粘沥青材料主要用于海绵城市建设中排水沥青路面的铺筑，其中高粘沥青材料中的沥青改性剂具有净化路面上的汽车尾气污染物的功能，排水路面的大空隙骨架结构增强了沥青改性剂与路面气体的接触面积与接触时间，可进一步降低近地表面有害气体浓度，净化大气。本专利技术第一方面提供了一种净化汽车尾气的沥青材料，按重量份计包括以下原料组分：基质沥青：100份；苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）：5～15份；富芳油：1～20份；稳定剂：0.1~1份；多孔炭材料：1～20份；沥青改性剂：1～20份；进一步，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）按重量份计优选为6～12份；进一步，富芳油按重量份计优选为5～15份；进一步，稳定剂按重量份计优选为0.2～0.7份；进一步，多孔炭材料按重量份计优选为4～12份；进一步，沥青改性剂按重量份计优选为3～16份；进一步，所述沥青改性剂是以镧系金属氧化物为载体，以过渡金属氧化物为催化活性组分；所述过渡金属用量为镧系金属氧化物质量的5%～100%，优选为10%～50%，进一步优选为15%～40%。所述镧系金属氧化物中镧系金属为La、Ce、Sm、Yb中的一种或者几种。所述的过渡金属氧化物中的过渡金属为V、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或者几种。优选，所述过渡金属氧化物中的过渡金属为Co和Mn，其中，Co和Mn的摩尔比为1:1~1:5。进一步，所述基质沥青选自常压或减压蒸馏所得渣油和/或沥青，其中，针入度（25℃，100g，5s，1/10mm）为55~130，优选为AH-50、AH-70、AH-90沥青或满足JTGF40-2004规范中对50A、70A、90A道路石油沥青技术要求的基质沥青。进一步，所述的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）结构为线型结构或星型结构的颗粒，嵌段比S/B为20/80~40/60。进一步，所述的稳定剂为含硫元素的单质、化合物或混合物。进一步，所述的富芳油为一种富含芳烃的组分，可源于润滑油基础油在溶剂精制过程中的抽出油，所述富芳油中芳香烃的重量含量为40%～80%；优选，糠醛精制抽出油、酚精制抽出油中的至少一种。进一步，所述多孔炭材料的比表面积大于1000m2/g，优选1500~3000m2/g；所述多孔碳材料包括活性炭、介孔炭、炭分子筛、球形活性炭、核壳结构纳米炭、三维有序大孔炭、活性炭纤维中的至少一种，优选活性炭和/或介孔炭。本专利技术第二方面还提供了一种高粘沥青材料的制备方法，其包括如下步骤：（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种净化汽车尾气的高粘沥青材料，按重量份计包括以下原料组分：/n基质沥青：100份；/n苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物：5～15份；优选为6～12份；/n富芳油：1～20份，优选为5～15份；/n稳定剂：0.1~1份；优选为0.2～0.7份；/n多孔炭材料：1～20份，优选为4～12份；/n沥青改性剂：1～20份，优选为3～16份；/n所述沥青改性剂是以镧系金属氧化物为载体，以过渡金属氧化物为催化活性组分；所述过渡金属用量为镧系金属氧化物质量的5%～100%，优选为10%～50%，进一步优选为15%～40%。/n

【技术特征摘要】
1.一种净化汽车尾气的高粘沥青材料，按重量份计包括以下原料组分：
基质沥青：100份；
苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物：5～15份；优选为6～12份；
富芳油：1～20份，优选为5～15份；
稳定剂：0.1~1份；优选为0.2～0.7份；
多孔炭材料：1～20份，优选为4～12份；
沥青改性剂：1～20份，优选为3～16份；
所述沥青改性剂是以镧系金属氧化物为载体，以过渡金属氧化物为催化活性组分；所述过渡金属用量为镧系金属氧化物质量的5%～100%，优选为10%～50%，进一步优选为15%～40%。


2.根据权利要求1所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述镧系金属氧化物中镧系金属为La、Ce、Sm、Yb中的一种或者几种；所述的过渡金属氧化物中的过渡金属为V、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或者几种。


3.根据权利要求2所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物中的过渡金属为Co和Mn，Co和Mn的摩尔比为1:1~1:5。


4.根据权利要求1所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线型结构或星型结构的颗粒，嵌段比S/B为20/80~40/60；所述稳定剂为含硫元素的单质、化合物或混合物；所述基质沥青选自常压或减压蒸馏所得渣油和/或沥青。


5.根据权利要求1所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述基质沥青的针入度为55~1301/10mm，优选为AH-50、AH-70、AH-90沥青或满足JTGF40-2004规范中对50A、70A、90A道路石油沥青技术要求的基质沥青。


6.根据权利要求1所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述的富芳油为一种富含芳烃的组分，源于润滑油基础油在溶剂精制过程中的抽出油；所述富芳油中芳香烃的重量含量为40%～80%；优选糠醛精制抽出油、酚精制抽出油中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的高粘沥青材料，其特征在于，所述多孔炭材料的比表面积大于1000m2/g，优选1500~3000m2/g；所述多孔碳材料包括活性炭、介孔炭、炭分子筛、球形活性炭、核壳结构纳米炭、三维有序大孔炭、活性炭纤维中的至少一种，优选活性炭和/或介孔炭。


8.一种权利要求1~7任一所述的高粘沥青材...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小圣，郭皎河，傅丽，宁爱民，李志军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11