本發(fā)明屬于道路材料領域,涉及改性瀝青材料,具體涉及納米鐵粉在改性瀝青中的應用。
背景技術:
城市化進程中的工業(yè)活動、交通運輸、煤炭燃燒、廢棄物堆積、大氣沉降等人類活動產生大量的重金屬最終會積聚在路面的沉積物中,從而成為城市環(huán)境重金屬污染的重要來源。交通運輸是公路路面沉積物重金屬的重要來源之一。汽車汽油、發(fā)動機、輪胎、潤滑油和鍍金部分等的燃燒或磨損而釋放出含有大量pb,cd,cu和zn等重金屬的有害氣體和粉塵,這些重金屬元素經過大氣沉降進入路面沉積物中。研究表明,人流量和車流量大的交通干線道路沉積物重金屬的含量高于人流量和車流量較小的道路沉積物的。重金屬濃度較高的路面沉積物容易在風力或徑流作用下進入大氣或水體環(huán)境中造成大氣或水的重金屬污染,因此城市道路路面沉積物重金屬污染問題已逐漸引起了世界各國的關注。
納米鐵修復技術是一種頗具潛力的新技術,納米鐵具有較強的還原性,比表面積大,已被廣泛應用于去除水體中的pb、cd、cu、co、as和cr等重金屬污染物。將納米鐵加入到瀝青中對其進行改性,不僅可以提高瀝青的性能,同時可以有效還原路面重金屬離子,對于瀝青路面重金屬的污染治理具有十分重要的現(xiàn)實意義。而納米鐵粉作為一種無機納米材料,粒徑小,比表面積大,與瀝青相容性差,從而導致納米鐵粉在瀝青中分散不均勻,無法發(fā)揮納米材料改性瀝青的優(yōu)勢。因此,如何制備分散良好的納米鐵粉材料對于納米鐵粉改性瀝青具有十分重要的意義。
技術實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術存在的不足,本發(fā)明的目的在于,提供一種納米鐵粉在改性瀝青中的應用,提高瀝青抗老化的性能的同時有效還原路面重金屬離子顯著。
為了解決上述技術問題,本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn):
一種納米鐵粉,所述納米鐵粉中含有茶多酚。
上述納米鐵粉的制備方法,包括:取綠茶葉烘干粉碎后加入去離子水,加熱反應,過濾后得到濾液綠茶提取液,將綠茶提取液與硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液混合攪拌反應后,依次經過濾洗滌和干燥后,得到納米鐵粉。
所述綠茶葉烘干粉碎至200-500目。
所述綠茶葉和去離子水質量比1:20混合,80℃反應1h。
所述硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液摩爾濃度為0.2mol/l。
所述硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液和綠茶提取液體積比1:5進行混合。
所述綠茶提取液與硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液混合攪拌,室溫下反應30min后,過濾,洗滌,60℃干燥24h。
本發(fā)明還提供一種改性瀝青,所述改性瀝青包括基質瀝青和納米鐵粉。
所述納米鐵粉與基質瀝青的質量百分比為5~20:80~95,納米鐵粉與基質瀝青的質量百分數(shù)之和為100%。
所述改性瀝青的制備方法包括:將納米鐵粉在溫度120℃~140℃,3000r/min~5000r/min轉速下,與熔融的基質瀝青攪拌混合60min~120min,得到改性瀝青。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,具有如下技術效果:
(1)與現(xiàn)有技術相比,采用綠茶提取液合成制備納米鐵粉,利用綠茶提取液中的茶多酚還原劑可將亞鐵鹽還原為納米鐵,而茶多酚可作為合成過程中的分散劑和掩蔽劑,大大提高納米鐵粉的穩(wěn)定性。
(2)在基質瀝青中加入納米鐵粉,一方面通過納米鐵粉的強還原作用,可還原瀝青路面沉積的大量重金屬離子,從而減輕重金屬離子對環(huán)境危害。另一方面,納米鐵粉加入到瀝青中,大大改善了基質瀝青的抗老化性能。
(3)綠茶提取液中的茶多酚作為一種有機分子,可有效改善所加入的納米鐵粉與基質瀝青的相容性,在基質瀝青中分散更加均勻,從而充分發(fā)揮納米鐵粉的強還原作用。
附圖說明
圖1為納米鐵粉透射電子顯微照片。
圖2為基質瀝青與不同實施例對于cu金屬離子濃度與時間關系圖。
圖3為基質瀝青與不同實施例對于pb金屬離子濃度與時間關系圖。
圖4為基質瀝青與不同實施例對于cd金屬離子濃度與時間關系圖。
圖5為基質瀝青與不同實施例對于cr金屬離子濃度與時間關系圖。
以下結合實施例對本發(fā)明的具體內容作進一步詳細解釋說明。
具體實施方式
發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn),納米鐵粉作為一種無機納米材料,粒徑小,比表面積大,與瀝青相容性差,從而導致納米鐵粉在瀝青中分散不均勻,無法發(fā)揮納米材料改性瀝青的優(yōu)勢。采用采用綠茶提取液合成制備納米鐵粉,一方面,綠茶提取液中的茶多酚可作為合成過程中的分散劑和掩蔽劑,大大提高納米鐵粉的穩(wěn)定性,有利于與瀝青相容,另一方面,綠茶提取液中的茶多酚,作為納米鐵粉與基質瀝青的“橋梁”,可有效改善所加入的納米鐵粉與基質瀝青的相容性,使得納米鐵粉在基質瀝青中分散更加均勻,從而充分發(fā)揮納米鐵粉的強還原作用。
以下給出本發(fā)明的具體實施例,需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下實施例,凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明選取的茶葉為天然生綠茶,烘干粉碎后的粒徑在25~75微米。
基質瀝青的牌號為70號道路石油瀝青。
實施例1:
本實施例給出一種改性瀝青,包括納米鐵粉和基質瀝青,納米鐵粉的制備方法包括,選取綠茶葉為原料,烘干,粉碎至500目,按照茶葉和去離子水質量比1:20混合,加熱至80℃,反應1h,過濾,濾液即為綠茶提取液;配置0.2mol/l的硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液,按照體積比1:5將硫酸亞鐵或氯化亞鐵的水溶液和綠茶提取液進行混合,攪拌,室溫下反應30min后,過濾,洗滌,60℃干燥24h即得到納米鐵粉如圖1,從圖1中可以看出,合成得到的納米鐵粉直徑在10nm,且分散均勻。
將25克納米鐵粉加到475克熔融的70號重交道路瀝青中,保持溫度為120℃,在3000r/min的剪切速率下高速攪拌60min,使其混合均勻,即可得到改性瀝青。
將所得到的改性瀝青制備成瀝青薄膜,并置于由不同重金屬離子的溶液中進行實驗,金屬離子的濃度采用火焰原子吸收分光光度計進行測定,測試結果如表1及圖2-4所示。
實施例2:
本實施例給出一種改性瀝青,包括納米鐵粉和基質瀝青,納米鐵粉的制備方法如實施例1,將40克份納米鐵粉加到460克熔融的70號重交道路瀝青中,保持溫度為140℃,在4000r/min的剪切速率下高速攪拌80min,使其混合均勻,即可得到改性瀝青。
本實施例測試方法與實施例1相同,測試結果如表1及圖2-4所示。
實施例3:
本實施例給出一種改性瀝青,包括納米鐵粉和基質瀝青,納米鐵粉的制備方法如實施例1,將60克納米鐵粉加到440克熔融的70號重交道路瀝青中,保持溫度為130℃,在5000r/min的剪切速率下高速攪拌70min,使其混合均勻,即可得到改性瀝青產品。
本實施例測試方法與實施例1相同,測試結果如表1及圖2-4所示。
實施例4:
本實施例給出一種改性瀝青,包括納米鐵粉和基質瀝青,納米鐵粉的制備方法如實施例1,將100克納米鐵粉加到400克熔融的70號重交道路瀝青中,保持溫度為140℃,在4500r/min的剪切速率下高速攪拌100min,使其混合均勻,即可得到改性瀝青產品。
本實施例測試方法與實施例1相同,測試結果如表1及圖2-4所示。
對比例1:
本對比例給出一種瀝青,為沒有添加納米鐵粉的70號基質瀝青。
本對比例測試方法與實施例1相同,測試結果如表1及圖2-4所示。
對比例2:
本對比例給出一種瀝青,為添加納米鐵(不含茶多酚)瀝青旋轉薄膜實驗得到的70號老化基質瀝青。測試結果如表1所示。
效果分析:
采用納米羰基鐵粉改性瀝青與基質瀝青對不同重金屬離子的還原實驗結果表明:基質瀝青對于pb、cu、cr、cd四種不同的重金屬離子沒有還原作用,無法去除道路路面的重金屬污染;而由不同含量的納米羰基鐵粉改性的瀝青對于pb、cu、cr、cd四種不同的重金屬離子具有明顯的還原作用,經過20天的實驗周期,可使得四種不同的重金屬離子濃度大大降低。此結果表明加入一定量的納米羰基鐵粉對于道路路面的重金屬污染具有明顯的還原作用,從而降低路面重金屬帶來的生態(tài)危害。
將實施例1-4所得到的生物納米鐵粉改性瀝青,以及對比例1、2瀝青采用旋轉薄膜烘箱(rtfo)進行短期老化試驗,實驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中第t0610-2011條規(guī)定進行,瀝青針入度試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第t0604-2011條規(guī)定進行,瀝青延度試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第t0605-2011條規(guī)定進行,瀝青軟化點試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》第t0606-2011條規(guī)定進行。
試驗結果如表1所示。通過表1可以發(fā)現(xiàn),基質瀝青與生物納米鐵粉改性瀝青經過短期老化試驗后,其針入度變小,軟化點變大,延度減小。與基質瀝青老化相比,生物納米鐵粉改性瀝青的殘留針入度有了較大的提高;軟化點變化率在逐漸減?。粴埩粞佣茸兇?。殘留針入度越大,軟化點變化率越小,殘留延度越大,瀝青的抗老化性能越好。實驗結果表明生物納米鐵粉加入到瀝青中,大大改善了基質瀝青的抗老化性能。
表1納米鐵粉改性瀝青與基質瀝青老化前后性能對比