环保型沥青的制备方法及应用

吕亚倩

摘要：环保型沥青是指采用一系列环保措施，将沥青中的有毒有害物质取代或减少，使其在生产、施工、使用过程中不产生或少产生有害物质，具有环保、经济、耐久等优点的沥青。环保型沥青在国外有多年的发展历史，目前在国内的研究和应用还处于起步阶段。

关键词：环保型沥青；制备方法；应用

引言：随着社会经济的快速发展，人类生活水平的提高，人们对道路交通提出了更高的要求。随着人们对环境问题和可持续发展的认识不断提高，世界各国都在积极推进环保型沥青的研究，并取得了一定成果。例如美国在20世纪70年代就开始了环保型沥青的研究，但由于当时美国环保法规所规定的标准比较严格，所以环保型沥青一直未能得到广泛推广。但随着社会经济发展，人们环保意识的不断增强，在这种情况下环保型沥青开始逐步受到重视。

一、生物改性和生物转化法改性

生物改性是指通过微生物的代谢作用来改变沥青中的成分，使其符合环境要求。生物改性沥青可分为微生物发酵法和生物转化法。微生物发酵法是利用微生物的新陈代谢作用，将沥青中的芳香族化合物进行生物降解，形成低分子量物质，如脂肪酸、氨基酸、有机酸等。生物转化法是利用微生物的代谢作用，将沥青中的芳香族化合物转化为其他高附加值的化合物，从而达到改善沥青性能的目的。目前，国内外对于沥青生物改性研究较多，但由于受微生物种类、培养基组成、培养条件等因素的影响，导致其效果不一。如对于一种用于道路工程中的微生物发酵剂而言，要想得到最佳效果，还需对其进行深入研究。

生物转化法是一种在不改变沥青原材料的前提下，通过生物转化，使沥青发生一系列物理、化学或生物变化的方法。其实质是将沥青中的难降解物质转变为易降解物质，使其转化后得到大量可回收利用的物质。目前，主要有生物转化法、生物降解法和生物吸附法三种。

1.生物转化法：将难降解沥青转化成可回收利用的物质，该方法的主要优点是成本低、效率高，缺点是沥青易产生异味、对环境影响大。

2.生物降解法：将难降解沥青转化成易于回收利用的物质，该方法可分为微生物转化法和活性炭吸附法。微生物转化法主要分为两大类：一类是通过微生物生长代谢将难降解沥青转化为易降解物质，另一类是通过微生物与基质的相互作用，使基质中难降解物质转化成易降解物质。活性炭吸附法是近年来发展起来的一种新技术，它可有效吸附沥青中难以分解的芳香烃和多环芳烃类物质，但其吸附性能较差。

3.生物吸附法：将沥青与有机废水、污泥、重金属或其他难降解杂质进行混合，使其转化为易回收利用的物质。

二、芳香族烃类改性

芳香族烃类改性是以芳香族烃类为原料，通过化学键将其接枝到沥青中，形成带有支链的高分子聚合物，再经适当的加工处理后形成沥青。芳香族烃类改性沥青具有改善沥青高温稳定性和低温抗裂性的优势，其改性方法主要有：

1、将沥青与芳香族烃类化合物反应，使之在分子间发生共价键，形成聚合物；

2、通过化学反应将沥青中的油分转化为芳香族烃类化合物；

3、通过物理共混或化学交联，使之在分子间发生共价键，形成高分子聚合物。

芳香族烃类改性沥青可以提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性，其应用主要包括：改善沥青与集料之间的粘附性、提高混合料的高温稳定性、提高沥青混合料的水稳定性和降低沥青混合料路用性能。

三、电化学方法改性

电化学方法是指通过外加电场、离子流、电场与化学反应作用等，使材料在其表面上生成新的物质，以改善其性能的一种方法。电渗析法是指利用直流电场将电解质溶液中的离子分离出来，再在电场作用下使离子定向移动到电极上，从而达到富集离子、改善性能的目的。电渗析法的优点是操作简单，可得到纯度较高的电解质溶液，价格较低；缺点是对电极材料要求高，需要导电性好的电极材料。目前广泛应用于制备液体燃料、电池、电极材料和电极薄膜等。电解沉积法是利用电解质溶液中含有的活泼金属阳离子或金属氧化物阳离子作为催化剂，使金属原子或原子团在电解质溶液中发生氧化还原反应，生成一种新物质。这种方法可将沥青中不溶于沥青的固体物质或不溶于沥青但具有活性的物质富集在电极表面，从而达到改善沥青性能的目的。电化学方法制备环保沥青主要有两种方式：一种是在沥青中加入固体催化剂，通过化学反应将固体催化剂沉积到电极表面；另一种是用电渗析法直接将固体催化剂沉积到沥青中。电化学方法制备环保沥青技术尚未成熟，工艺复杂、成本较高，对电极材料的要求也较高。因此，在现阶段环保沥青的研究和应用还存在一定的局限性。但是该方法制备出的环保型沥青具有良好的性能和广阔的应用前景。

四、基因工程技术改性

基因工程技术是一种在生物体中导入外源基因的生物技术，利用这种技术可以在不改变生物体本身的组成的前提下，通过改变生物体原有基因，提高该生物体的某种或多种功能，并使该生物功能发挥到极致。

目前，基因工程技术主要用于提高农作物或其他植物的产量。近年来，通过对植物转基因获得高产、优质、抗病、抗虫和抗污染等优良性状的研究，采用基因工程技术可以生产出新的绿色食品添加剂、肥料、饲料和药物，促进农业生产向高产优质方向发展。在改性沥青方面也有应用。通过改变沥青中沥青质分子结构中的化学键来提高沥青性能是目前国内外研究的热点。对沥青进行基因工程技术改性，在改善其路用性能的同时，还可以减少生产过程中沥青质对环境的污染。

在基因工程改性沥青方面取得成功的例子是美国纽约大学M.T. Sullivan教授采用基因工程技术将来自于细菌、酵母和真菌等微生物中的功能基因导入到一种新型合成油——合成蜡酯（OXA）中，通过对合成蜡酯（OXA）与常规石油基沥青进行对比分析发现合成蜡酯（OXA）具有更高的粘度和更好的高温稳定性。

五、超临界二氧化碳萃取技术改性

超临界流体萃取技术是指在高压、低温和高温条件下，通过超临界流体对混合物中各组分进行萃取，将所需的物质分离出来的一种技术。该技术在化工、食品和医药等领域得到了广泛应用。超临界二氧化碳（SC-CO2）改性沥青是指在温度和压力条件下，将SC-CO2通入沥青中，通过SC-CO2萃取作用，将其中的轻质组分萃取出来，从而改变沥青的性能。根据萃取组分的不同，SC-CO2改性沥青可分为非溶胀型和溶胀型两种类型。非溶胀型SC-CO2改性沥青具有良好的高温稳定性和低温抗裂性，但是其应用范围较小；溶胀型SC-CO2改性沥青具有良好的高温稳定性和低温抗裂性，但是其应用范围较窄。超临界二氧化碳改性沥青在国内外已有不少研究，但由于技术上的限制以及缺乏相应的理论指导，目前尚处于研究阶段。

结束语：

综上所述，环保型沥青的研究主要是通过物理、化学方法或生物方法来制备环保型沥青，其制备工艺相对简单，成本较低，对环境影响较小。目前我国的环保型沥青的研究还处于起步阶段，大多数研究还处于实验室阶段，尚未形成较大规模的生产线。虽然在国外已有多个国家使用了环保型沥青，但由于我国经济发展水平的限制，目前我国的环保型沥青研究主要还是依靠进口国外的产品，并没有形成具有自主知识产权的环保型沥青产品。因此我国应大力推广环保型沥青的研究和应用，促进我国环保型沥青行业的快速发展，为建设美丽中国做出贡献。

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