多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法技术

本发明专利技术是一种多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法，属于功能性路面技术领域，解决目前多孔沥青路面负载的改性TiO

Method of purifying vehicle exhaust gas with porous asphalt pavement loaded composite modified photocatalyst

【技术实现步骤摘要】
多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法
本专利技术是一种多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法，属于功能性路面

技术介绍
近年来，随着我国国民经济快速发展以及公路、城市道路综合交通运输网不断完善，我国机动车市场因市场需求而处在较长的发展阶段。然而，燃油车辆在行驶过程中排放大量有害尾气，车辆尾气主要有害成分包括碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳等，这对人们身体健康和生态环境带来了严重危害。近年来，利用半导体光催化剂消除环境污染物的工作非常活跃，特别是有机污染物的光催化降解研究，取得了令人满意的成果，具有良好的应用前景。而纳米化的半导体光催化剂又因其大的比表面积、表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表现出的尺度效应大大增加了其光催化活性。在众多的纳米级半导体光催化剂中，纳米二氧化钛(TiO2)因其反应条件温和、在光照下活性高、稳定性好、无毒、不带来二次污染而备受关注，广泛应用于废水处理、贵金属回收、空气净化、涂料表面自清洁等领域。TiO2作为一种半导体材料，在光催化作用下能够与车辆排出的尾气发生光催化反应，降解车辆尾气。然而，常规TiO2能带间隙较宽，只能被占太阳光4％左右的紫外光激发，难以被占太阳光45％左右的可见光激发而起到光催化降解的作用。另外，由于TiO2的量子效率低，光生电子空穴分离的时间较短，提高载流子传递效率并减缓电子空穴的复合也可以提高TiO2的光催化效率。除此之外，TiO2吸附能力较差，故利用新的制备方法或负载方式来增大污染物与TiO2的接触面积仍需进一步的研究。为了提高TiO2的催化性能，一般可以通过微观结构和缺陷工程来制备不同形貌的纳米结构。有人通过在TiO2中引入缺陷造成晶格混乱来制备具有核壳结构的黑色TiO2，并通过掺杂氟和调控缺陷分布来调整其电化学性质，在寻求简便、高效、低成本制备方法的同时实现黑色TiO2在能源和环境中的有效应用。也有人利用溶剂热掺杂方法制备过渡金属掺杂的高结晶度多孔TiO2，并发现钛乙二醇盐在紫外光辐射下可直接转化为具有超大比表面积的多孔TiO2材料，其具有优异的光生电子存储能力，而且多孔结构的可进入性可使电子与客体物质充分接触，在此基础上制备了多孔TiO2微球和TiO2纳米棒。TiO2纳米管阵列作为一种较为新颖的透光结构，具有比表面积大和的吸附性能强的优势，且电荷传输效率高，光生电子空穴难以快速复合，因此比普通TiO2具备更好的光催化性能。由于纳米TiO2的粒径非常小，容易产生团聚、接触面积小等问题，且目前对TiO2改性沥青的研究也不够深入。有学者对TiO2改性沥青中TiO2分散稳定性、基本性能以及TiO2对沥青的老化性能的影响规律进行了研究，结果显示，掺加一定量的分散剂可以有效改善TiO2沉淀数量和团聚的程度，随着TiO2质量分数的增加，针入度会减小，但影响并不大，而因为TiO2的增加减少了单位体积内有效沥青的含量，其低温的抗变形性能会有所下降，一定范围掺量范围内软化点基本不受影响，且抗老化性能得到提升。也有人通过动态剪切流变试验、旋转粘度试验和弯曲梁流变试验，得到了5％TiO2掺量下沥青对NO的降解效率达到23.9％，且不会影响沥青的PG分级，也不会对沥青流变性能产生显著影响。但是，把TiO2作为光催化材料应用于多孔沥青路面还存在一些问题有待解决。首先，纳米TiO2的比表面积大，表面能高，是热力学不稳定体系，由于范德华力和库仑力的存在促使表面粒子相互依靠，形成硬团聚和软团聚，导致纳米TiO2在沥青混合料中分散性较差，致使纳米TiO2失去应有的功能和物理性质，在降解污染物时，催化效果较差；其次，由于TiO2光催化剂自身对污染物的吸附性差，污染物在催化剂表面难以富集，致使污染物分子与TiO2分子碰撞减少，光催化效应发挥不完全，光降解效率低；最后，由于沥青表现出亲油憎水性，与无机TiO2的亲水憎油性相冲突，如直接提高TiO2负载量，会影响沥青混合料路用性能。所以，考虑如何提高沥青路面负载的TiO2光催化性能的同时不严重影响沥青混合料路用性能尤为重要。为了解决上述问题，近年来研究者将TiO2负载于一些载体上是解决光催化剂易流失、提高光催化剂吸附污染物能力的有效途径。TiO2复合载体材料是近几年为提高TiO2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。常用的负载方法有粉体烧结法、溶胶-凝胶法、沉积法、溅射法、水热法等，制备吸附型复合光催化剂，可有效解决纳米TiO2在沥青路面中负载量小和光催化效率低的问题。所以，本专利技术充分利用多孔沥青路面与车辆尾气具有更多接触面积的优势，以碱性多孔活化碳分子筛为载体，基于其发达的孔隙、强吸附性，以提高多孔沥青路面中纳米改性TiO2的添加量，减少无机纳米TiO2对多孔沥青路面路用性能的负面影响，同时可避免直接添加TiO2带来的分散不均匀，导致光催化效率低，从而充分利用纳米TiO2的光催化性能，降解尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的含量，对提高基于多孔沥青路面净化空气质量具有重要的现实意义。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术是一种多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法，解决目前多孔沥青路面负载的改性TiO2纳米颗粒分散性较差、导致多孔沥青路面水稳定性较差、尾气难以在改性TiO2纳米颗粒表面富集、不能充分利用可见光、光催化效率低、降解效果差等问题。(2)技术方案鉴于目前多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气方面存在的问题，本专利技术利用多孔活化碳分子筛的强吸附性的特点，采用碳分子筛负载纳米TiO2添加到多孔沥青混合料中，提高催化降解效率，减少对路用性能影响。本专利技术技术方案如下：首先，将尺寸均为1～2mm的多孔碳分子筛进行活化处理，使分子筛内部的有机物杂质及水分充分焙烧，去除已吸附的杂质、拓宽孔道尺寸；再采用溶胶-凝胶法制备铜-碳纳米管共掺杂改性TiO2溶胶，在超声波振荡条件下使碳分子筛与铜-碳纳米管共掺杂TiO2溶胶充分混合，重复负载3次，制得碳分子筛/铜-碳纳米管共掺杂TiO2复合光催化剂；然后，在多孔沥青混合料配合比设计和制备过程中，把负载铜-碳纳米管共掺杂TiO2的碳分子筛颗粒按照不同比例替代部分1.18mm档细集料添加到多孔沥青混合料中，分别制备多孔沥青混合料试件；最后，测试碳分子筛/铜-碳纳米管共掺杂TiO2复合光催化剂不同掺量对车辆尾气中不同成分的降解效果，并分析对多孔沥青混合料路用性能的影响，确定多孔沥青混合料中碳分子筛/铜-碳纳米管共掺杂TiO2复合光催化剂的最佳掺量，制备催化降解型多孔沥青混合料。(3)有益效果由于普通密级配沥青路面空隙率较小，即使沥青路面中负载光催化剂也只是路面表层能起到降解车辆尾气的作用，且沥青的颜色为黑色，对光线有较强的吸收作用和较弱的透光性，大大减弱了到达位于沥青混合料内部的光催化材料的光强，沥青混合料内部的光催化剂不能充分的接触反应物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：/n(1)将粒径为1～2mm的多孔碳分子筛进行活化处理，先在100℃的烘箱中热处理2h，再在400℃的电阻炉中活化2h，使碳分子筛孔隙内部的有机物杂质及水分充分焙烧，清除已吸附的杂质、拓宽孔径；/n(2)采用溶胶-凝胶法制备铜-碳纳米管共掺杂改性TiO

【技术特征摘要】
1.一种多孔沥青路面负载复合改性光催化剂净化车辆尾气的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)将粒径为1～2mm的多孔碳分子筛进行活化处理，先在100℃的烘箱中热处理2h，再在400℃的电阻炉中活化2h，使碳分子筛孔隙内部的有机物杂质及水分充分焙烧，清除已吸附的杂质、拓宽孔径；
(2)采用溶胶-凝胶法制备铜-碳纳米管共掺杂改性TiO2溶胶，在超声波振荡条件下称取一定量已活化完全的碳分子筛加入铜-碳纳米管共掺杂TiO2溶胶中，使溶胶完全浸没碳分子筛，振荡分散30min，使碳分子筛与铜-碳纳米管共掺杂TiO2溶胶充分混合；
(3)放入真空干燥器，在真空负压条件下浸渍2h，使碳分子筛表面不再有气泡产生，静置12h后滤去溶液以及部分杂质，将碳分子筛移入100℃的鼓风干燥箱中干燥3h；
(4)按照步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴春颖，刘伟，李小燕，许涛，
申请(专利权)人：苏交科集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32