活性炭改性瀝青路面研究

　　在環境空氣和雨水中經常檢測到來自交通或工業的非點源污染，例如揮發性有機化合物(例如苯，甲苯，乙苯和二甲苯等)。由于來自汽車尾氣的污染是主要的非點源污染來源之一，如果可以在瀝青路面上保持汽車在道路上行駛時產生的污染物排放，則可以控制這些有害物質的遷移。我們研究用粉狀活性炭改性具有高排水能力的多孔瀝青路面，以生產可滲透的反應性路面，這可能成為減少非點源污染的潛力。

　　多孔瀝青路面具有幾個重要的技術特征，包括良好的防滑性能，低噪音，在雨天減少了水的飛濺和噴灑以及減輕了夜間行駛時的刺眼的燈光。這些好處部分是由于較大的空氣空隙(約20%)和多孔瀝青內部的可滲透結構。具有較高空隙的多孔瀝青可使排水更快，并減少危險的駕駛危險，例如由水坑引起的滑水。這項研究是我們對開發滲透性活性路面的研究的繼續，多孔瀝青最初是使用粒狀活性炭作為添加劑制備的，最后用了粉末狀活性炭代替了顆粒活性炭，本研究的目的包括(1)評估和表征活性炭改性后的瀝青路面，(2)比較多孔瀝青路面和活性炭改性后的瀝青路面對BTEX的吸附能力。

　　BTEX水溶液吸附能力實驗

　　進行柱吸附測試以測量活性炭改性瀝青的吸附容量并將其與多孔瀝青進行比較。將兩種材料圓柱樣品(半徑=10cm，高度=6cm)放置在不銹鋼支架中(實驗設置請參見圖1)。應該注意的是，在這些吸附實驗中，升高的BTEX濃度高于通常在雨水或徑流水中檢測到的濃度。在這項研究中使用的方法是為了確保每個單獨的吸附實驗都可以在可接受的時間范圍內(〜60h)內完成。通過添加純BTEX制備BTEX溶液(在RO水(pH〜6)中為60mgL-1)，在沒有頂空的2L玻璃瓶中攪拌48小時，然后轉移到袋子中。使用配有PTFE頭和管的蠕動泵將制備的BTEX溶液向上泵入(10mLmin-1)到色譜柱中。在不同的時間間隔監測進水和出水中的BTEX濃度，直到達到BTEX突破。

　　圖1：多孔瀝青路面和可滲透反應性路面-活性炭改性瀝青吸附的實驗裝置。

　　活性炭改性瀝青和多孔瀝青性能

　　兩種材料的物理性能測試結果分別在圖2中給出，分別針對受管制和不受管制的物理性能。空隙，磨損和排水試驗是建造多孔路面的三個主要參數。應用空隙空間標準來確活性炭改性瀝青有足夠的空間用于排水。磨耗試驗和排水試驗均證實活性炭改性含有適量的瀝青，以粘附和結合骨料。馬歇爾穩定性(MS)和馬歇爾流量(MF)分別是路面抗變形能力的指標，并且是在交通負荷下可能發生的變形程度的量度。添加的活性炭可以吸附瀝青并減少瀝青在常溫條件下流動的趨勢。可以看出，在我們的測試中添加的活性炭百分比越高，導致MS值越高，MF值越低。與多孔瀝青相比，活性炭改性后具有更高的強度和柔韌性，同時具有優異的MS和MF性能。保留強度(RS)分析用于評估材料的耐久性，這是由于瀝青老化，集料的崩解以及由于天氣或交通而從集料上剝離瀝青薄膜所致。加活性炭改性在長期耐候性測試比多孔瀝青更好。

　　圖2：活性炭和多孔瀝青的調節性能(空隙，磨耗，排水，馬歇爾穩定性，馬歇爾流量，保留強度，動態穩定性，變形率和滲透性)的比較。

　　活性炭改性瀝青與多孔瀝青吸附能力的比較

　　為了評估其吸附能力，從穿透曲線獲得每個樣品的吸附量，并以多孔瀝青為基礎比較吸附變化，如圖3所示。可以看出，吸附量與BTEX在水中的溶解度(即具有較高水溶性的化合物(例如苯)表現出更大的吸附能力)。活性炭改性瀝青路面均可有效吸附苯，甲苯，乙苯和二甲苯。單孔隙空間可能被厚厚的瀝青薄膜和過量的活性炭堵塞，從而減少了可用的吸附位點。BTEX在活性炭改性瀝青上的吸附容量增加量比多孔瀝青分別大47%，49%，29%和2%。總而言之，活性炭改性后表現出優異的物理性能和吸附能力，并顯示出成功的工程應用潛力，可減少非點源污染中的含水有機污染物。這些初步的吸附結果可作為活性炭改性瀝青潛在應用的參考。但是，需要進一步評估活性炭改性瀝青中的污染物吸附動力學，在自然環境條件下污染物的衰減，長期影響和性能。

　　圖3：BTEX吸附在活性炭改性瀝青和多孔瀝青上的質量，并以多孔瀝青為基礎比較吸附變化。

　　瀝青路面通過添加活性炭進行了改性，以評估從車輛排氣中吸收BTEX的能力，從而減少空氣，土壤，地下水和地表水的非點源水溶液污染。根據BET和TGA分析結果，具有高表面積和熱穩定性的活性炭可以通過在高溫混合機中與多孔瀝青混凝土混合來吸附有機化合物。根據孔隙，磨耗和排水試驗的測量結果，改性活性炭瀝青樣品的孔隙(添加的活性炭的0.8和1.5%)約為20%，滿足了多孔瀝青的孔隙要求。根據材料表現評估，與傳統的多孔瀝青相比，活性炭改性瀝青符合規范的物理性能規格，并具有更高的負載強度，更低的應變和更高的磁導率。而且，與多孔瀝青相比，活性炭改性后對BTEX的吸附容量分別增加了47%，49%，29%和2%。作為傳統瀝青的替代品，其在減少空氣，土壤，地下水和地表水的非點源污染方面具有巨大的工程應用潛力。

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