微波紫外辅助10-十一烯醛改性煤沥青脱除毒性多环芳烃的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:WanNianDog
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煤焦油沥青(CTP)是煤焦油蒸馏产量最大的产品,我国每年产量约800万吨。CTP广泛应用于生产各种碳材料粘结剂、煤沥青涂料、铝电解电极、筑路和建筑等,但是CTP中含有较多致癌性多环芳烃,随着人们环保意思的增强,CTP对环境和人类健康的危害成为限制其应用的主要原因。因此,如何降低或抑制CTP中毒性多环芳烃(PAHs)释放已成为一个急需解决的问题。本文通过微波和紫外辅助强化10-十一烯醛对煤沥青进行改性反应,以硫酸氢钾(KHSO4)为催化剂,筛选了不同微波/紫外条件下最优反应溶剂,优化了改性工艺条件。对改性前后煤沥青的基础性质及美国环保署(EPA)优先监控16种PAHs进行分析,通过煤沥青烟和水溶物实验考察改性前后煤沥青对环境的影响。由一系列表征手段和相关模型化合物实验初步探索反应机理。得到以下初步结论:1)微波条件下最优反应溶剂为环己烷,微波和紫外辅助反应提高了反应效率,有效降低了CTP中EPA优先监控16种PAHs的含量,相比无辅助情况下改性效果增强。2)微波和/或紫外辅助改性煤沥青在微波功率200 W,50℃恒温反应,功率88120 W,同时辅助以紫外光(功率250 W,波长为365nm)照射。在6090 min之内,16种PAHs总含量最大脱除率为91.59%,总含量降至7.41 mg/g以下,相对于无微波和紫外辅助改性时间缩短2.53 h,改性效果相差无几。3)改性后CTP软化点降低到72.6℃,变为低温煤沥青,甲苯不溶物含量从25.71%增加到30.30%,喹啉不溶物含量从9.96%增加到11.45%,结焦值从58.60%增加到63.20%。改性后CTP烟气中PAHs从262 mg/m3降到195 mg/m3,是《大气污染物综合排放标准》中规定建筑搅拌沥青烟最大允许排放浓度150 mg/m3的1.3倍。改性后CTP水可溶物中PAHs含量从2.05μg/g增加到52.66μg/g,通过模拟酸雨与蒸馏水可溶物实验对比,发现溶液酸性增加有利于PAHs溶解。4)通过对改性前后CTP进行元素、红外、拉曼、热重/差热扫描、13C固体核磁和X射线衍射一系列表征,结合相关PAHs模型化合物实验,初步推测煤沥青中部分PAHs与改性剂发生烷基化反应,部分改性剂自身发生反应,生成其他含氧化合物,导致煤沥青分子之间氢键数量增加。使煤沥青在环己烷萃取过程PAHs萃取率下降,但由于氢键力较小,在受热时可以断开,导致改性CTP烟气释放PAHs降低率较小;由于改性后CTP中大量氢键力的存在,在水溶物中容易与溶剂形成更强的氢键力导致PAHs含量增加。
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