活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭改性沥青路面研究

　　在环境空气和雨水中经常检测到来自交通或工业的非点源污染，例如挥发性有机化合物(例如苯，甲苯，乙苯和二甲苯等)。由于来自汽车尾气的污染是主要的非点源污染来源之一，如果可以在沥青路面上保持汽车在道路上行驶时产生的污染物排放，则可以控制这些有害物质的迁移。我们研究用粉状活性炭改性具有高排水能力的多孔沥青路面，以生产可渗透的反应性路面，这可能成为减少非点源污染的潜力。

　　多孔沥青路面具有几个重要的技术特征，包括良好的防滑性能，低噪音，在雨天减少了水的飞溅和喷洒以及减轻了夜间行驶时的刺眼的灯光。这些好处部分是由于较大的空气空隙(约20%)和多孔沥青内部的可渗透结构。具有较高空隙的多孔沥青可使排水更快，并减少危险的驾驶危险，例如由水坑引起的滑水。这项研究是我们对开发渗透性活性路面的研究的继续，多孔沥青最初是使用粒状活性炭作为添加剂制备的，最后用了粉末状活性炭代替了颗粒活性炭，本研究的目的包括(1)评估和表征活性炭改性后的沥青路面，(2)比较多孔沥青路面和活性炭改性后的沥青路面对BTEX的吸附能力。

　　BTEX水溶液吸附能力实验

　　进行柱吸附测试以测量活性炭改性沥青的吸附容量并将其与多孔沥青进行比较。将两种材料圆柱样品(半径=10cm，高度=6cm)放置在不锈钢支架中(实验设置请参见图1)。应该注意的是，在这些吸附实验中，升高的BTEX浓度高于通常在雨水或径流水中检测到的浓度。在这项研究中使用的方法是为了确保每个单独的吸附实验都可以在可接受的时间范围内(〜60h)内完成。通过添加纯BTEX制备BTEX溶液(在RO水(pH〜6)中为60mgL-1)，在没有顶空的2L玻璃瓶中搅拌48小时，然后转移到袋子中。使用配有PTFE头和管的蠕动泵将制备的BTEX溶液向上泵入(10mLmin-1)到色谱柱中。在不同的时间间隔监测进水和出水中的BTEX浓度，直到达到BTEX突破。

　　图1：多孔沥青路面和可渗透反应性路面-活性炭改性沥青吸附的实验装置。

　　活性炭改性沥青和多孔沥青性能

　　两种材料的物理性能测试结果分别在图2中给出，分别针对受管制和不受管制的物理性能。空隙，磨损和排水试验是建造多孔路面的三个主要参数。应用空隙空间标准来确活性炭改性沥青有足够的空间用于排水。磨耗试验和排水试验均证实活性炭改性含有适量的沥青，以粘附和结合骨料。马歇尔稳定性(MS)和马歇尔流量(MF)分别是路面抗变形能力的指标，并且是在交通负荷下可能发生的变形程度的量度。添加的活性炭可以吸附沥青并减少沥青在常温条件下流动的趋势。可以看出，在我们的测试中添加的活性炭百分比越高，导致MS值越高，MF值越低。与多孔沥青相比，活性炭改性后具有更高的强度和柔韧性，同时具有优异的MS和MF性能。保留强度(RS)分析用于评估材料的耐久性，这是由于沥青老化，集料的崩解以及由于天气或交通而从集料上剥离沥青薄膜所致。加活性炭改性在长期耐候性测试比多孔沥青更好。

　　图2：活性炭和多孔沥青的调节性能(空隙，磨耗，排水，马歇尔稳定性，马歇尔流量，保留强度，动态稳定性，变形率和渗透性)的比较。

　　活性炭改性沥青与多孔沥青吸附能力的比较

　　为了评估其吸附能力，从穿透曲线获得每个样品的吸附量，并以多孔沥青为基础比较吸附变化，如图3所示。可以看出，吸附量与BTEX在水中的溶解度(即具有较高水溶性的化合物(例如苯)表现出更大的吸附能力)。活性炭改性沥青路面均可有效吸附苯，甲苯，乙苯和二甲苯。单孔隙空间可能被厚厚的沥青薄膜和过量的活性炭堵塞，从而减少了可用的吸附位点。BTEX在活性炭改性沥青上的吸附容量增加量比多孔沥青分别大47%，49%，29%和2%。总而言之，活性炭改性后表现出优异的物理性能和吸附能力，并显示出成功的工程应用潜力，可减少非点源污染中的含水有机污染物。这些初步的吸附结果可作为活性炭改性沥青潜在应用的参考。但是，需要进一步评估活性炭改性沥青中的污染物吸附动力学，在自然环境条件下污染物的衰减，长期影响和性能。

　　图3：BTEX吸附在活性炭改性沥青和多孔沥青上的质量，并以多孔沥青为基础比较吸附变化。

　　沥青路面通过添加活性炭进行了改性，以评估从车辆排气中吸收BTEX的能力，从而减少空气，土壤，地下水和地表水的非点源水溶液污染。根据BET和TGA分析结果，具有高表面积和热稳定性的活性炭可以通过在高温混合机中与多孔沥青混凝土混合来吸附有机化合物。根据孔隙，磨耗和排水试验的测量结果，改性活性炭沥青样品的孔隙(添加的活性炭的0.8和1.5%)约为20%，满足了多孔沥青的孔隙要求。根据材料表现评估，与传统的多孔沥青相比，活性炭改性沥青符合规范的物理性能规格，并具有更高的负载强度，更低的应变和更高的磁导率。而且，与多孔沥青相比，活性炭改性后对BTEX的吸附容量分别增加了47%，49%，29%和2%。作为传统沥青的替代品，其在减少空气，土壤，地下水和地表水的非点源污染方面具有巨大的工程应用潜力。

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