低毒煤沥青的制备及其物化性能研究

煤沥青是一种宝贵的资源,曾经广泛的应用于筑路、建筑等领域,特别是作为炼铝和炼钢电极以及一些新型碳材料的原料具有不可替代性。然而出于对煤沥青中一些芳烃组分致癌性的担心和对环境保护的要求,煤沥青的应用受到了严格的限制。因此为了合理地应用产量仍在上涨的煤沥青,就需要对其进行预处理,降低其致癌性,保护接触人员的健康和绿色环境。特别是对煤沥青产量不断上升的中国,这是一项紧迫而有意义的工作。 本文主要研究了利用聚合物和交联单体作为改性剂与煤沥青反应减少其致癌芳烃含量及致癌性的效果。考察了聚合物和交联单体在不同反应条件下对于脱除国际上公认的强致癌物质苯并[a]芘(BaP)及其它13种致癌性多环芳烃(PAHs)的作用,反应条件着重研究了温度、时间的变化和改变改性剂的添加量对BaP和其它13种PAH的脱除率的影响以及对于表征煤沥青毒性的BaP当量含量的影响。实验选择的改性剂包括：聚苯乙烯(PS)、环氧树脂(EP)、多聚甲醛(PA)、苯甲醛(BA)。结果表明实验选择的改性剂对于对煤沥青中BaP的脱除效果都比较明显,其中PS改性煤沥青的BaP降低率在PS添加量为30%、反应温度为300℃时达到最佳,BaP降低率为47.41%；EP改性煤沥青的BaP降低率在EP添加量为20%、反应温度为210℃、反应时间为40mins时达到最佳,BaP降低率为53.45%；PA改性煤沥青的BaP降低率在PA添加量为5%、反应温度为110℃时达到最佳,BaP降低率为75.86%；BA改性煤沥青的BaP降低率在BA添加量为15%、反应温度为140℃、反应时间为3h时达到最佳,BaP降低率为47.42%。四种改性剂改性后煤沥青的BaP当量含量由2.94%分别降低至1.68%、1.47%、1.42%、1.75%,降低率分别达到42.86%、50%、51.7%、40.48%。通过物性测定发现改性后的煤沥青物理性质包括软化点、针入度等发生一些变化,代表粘结性能的β树脂含量有明显的增加。 实验选择改性效果最好的多聚甲醛改性的煤沥青进行红外光谱分析以及毒性安全性评价试验,结果表明,在酸性催化剂作用下多聚甲醛改性煤沥青化学机理主要为阳离子亲电取代反应。毒理学安全性评价试验表明改性后的煤沥青不具有致突变性。