沸石基沥青VOCs抑制剂的微结构调控及其多重环境功效研究

Asphalt materials are consisting thousands of organic hydrocarbons. Volatile Organic Components (VOCs) will release from asphalt materials during heating process and normal service conditions. Such VOCs release will not only lead to environmental pollution, but also result in degradation of asphalt itself. This proposal believes that VOCs inhibitor might give a chance to reduce the VOCs emissions, with no negative effect on the road performance of asphalt materials. Synthetic zeolite could be the best VOCs inhibitor due to its controllable inner micro-pore structures. ..Therefore, synthetic Ca(OH)2-incorporated zeolite is proposed as VOCs sorbents in this research. The chemical characteristics of asphalt materials, VOCs release mechanism and principal components will be first studied to set the benchmark for designing zeolite with the best VOCs inhibit performance. Then, the characteristics of synthetic zeolite and their affections, VOCs reduction and its adsorption mechanism will be detail analyzed. The temperature reduction of required hot applied temperature by using synthetic Ca(OH)2-incorporated zeolite, and its corresponding reduction of energy consumption, will be studied as well. Micro-pore structures will be controlled and its surface will be modified during the synthesis process according to the characteristics of asphalt VOCs. .This research will give a technical reference to significantly reduce the environmental impact of asphalt materials, as well as enhancing the synthetic and application of zeolite.

沥青在高温或常温常压下易产生挥发性有机化合物VOCs（Volatile Organic Components），带来严重的环境污染和健康危害。申请人的前期研究发现，使用VOCs抑制剂可在不影响沥青性能的前提下抑制VOCs的释放；其中，人造沸石的可控多孔结构展示出对沥青VOCs的良好吸附-抑制能力。因此，本项目结合沥青材料的化学属性、VOCs释放机理及VOCs成分特性，提出通过人造沸石的微结构调控，首先开展能够实现沥青VOCs特定抑制需求的沸石结构设计研究。其次，开展沸石与沥青的相容性研究、沸石改性沥青路用性能和VOCs抑制-释放规律研究等，深入研究沸石基沥青VOCs抑制剂在抑制VOCs挥发、降低拌和温度、减少能源消耗等层次的多重环境功效。.本研究的开展，有望解决沥青材料与沥青路面建设和使用过程中VOCs对环境污染严重的重大问题，具有巨大的环境、经济和社会效益。

如何基于异相材料界面吸附热力学条件，以沥青材料化学属性、沥青VOCs释放机制及VOCs成分特征为基础，通过材料合成过程中的微结构调控和表面修饰，定向可控设计制备具有良好沥青材料VOCs吸附-抑制效果的沸石材料，是实现沥青VOCs高效减排、降低沥青路面全生命周期路域环境负荷研究领域亟待解决的关键科学问题。本项目基于人造沸石的正向设计和微结构调控，开展了沸石结构变化对对沥青VOCs选择性吸附和抑制机理的影响机制研究。.本项目首先开展了沸石材料的设计合成方法和沥青材料VOCs全组分释放特征研究，分别以氢氧化钙为沸石制备的合成改性剂、以赤泥和钢渣为沸石制备的替代原材料进行了两种途径的沸石设计与制备；通过实验研究，明确了沥青VOCs吸附-减排用沸石材料的设计需求，解析了沥青VOCs释放的多重环境条件依赖性，从而建立了能够适用于沥青材料VOCs释放定量分析的沥青材料VOCs指纹组分信息库。随后，分别开展了氢氧化钙沸石和固废基沸石对沥青VOCs的减排行为研究，明确了两种不同类型沸石多孔材料对沥青VOCs的吸附-减排行为，发现了沸石对多环芳烃的裂解效应；研究发现，通过沸石结构的调控，可实现37-60%的总体VOCs减排效率。最后，开展了面向沥青VOCs高效减排的沸石微结构调控设计准则研究，以及晶型等结构特征对沥青VOCs吸附-减排效果的机制与行为分析，提出了实现高效减排目标对沸石结构调控的方向和需求，粒度大、硅铝比相对较高的纳米聚晶类沸石具备更大的VOCs减排潜力。.围绕上述研究成果，共计发表高水平学术论文23篇，获授权国家发明专利1项，直接培养3名硕士研究生，其中一名硕士毕业生目前正在开展沥青VOCs高效减排的博士研究生阶段研究。研究成果为低路域环境负荷的绿色生态无VOCs污染道路沥青材料的研发与应用提供了新的基础理论和关键技术支撑，能够支撑当前绿色交通、绿色公路的“交通强国”战略，具有显著的应用价值和社会、经济和环境效益。