离子束改性

2024-05-23

离子束改性（精选八篇）

离子束改性篇1

1 天然沸石的加工与改性

1.1 天然沸石的工业加工方法

天然沸石工业加工过程中,按照一定的粒径标准将天然沸石原矿粉碎,然后将其放置到盐酸亦或者是硫酸的溶液中浸渍适当的时间,在其充分的中和反应之中再把该矿体以水作为介质进行煮沸的加工,在煮沸达到满意的效果之后再将该矿样进行干燥以及焙烧的处理,如此一来,在这一系列的处理程序之后,天然沸石的离子吸附能力以及交换能力均得到质的提升[1]。

在处理过程中,需要对天然的原矿进行粉碎,粉碎的标准是达到5~80目的范围,因为处理的粒径在超过5目时对其进行浸渍的处理时并不能很好的浸透到晶体的内部之中,也不能清除孔道结构中的杂质和可溶性物质,会对后期离子交换性能产生影响。如果粒径小于80目,使用过程中不能满足要求,颗粒过小易被吹散,成品率和经济效益较低。

处理过程中应用的酸浓度一般控制在4%~10%内,浸渍时间在10h~20h内,有效去除可溶性物质和杂质。

经上述方法处理过的沸石,需要再经过干燥和焙烧步骤,避免残留在孔道内的水分破坏到晶体的结构,因为如此会对矿样原本的吸附能力产生不可控的影响,焙烧温度控制在250℃~500℃。

1.2 天然沸石的改性处理方法

以下将以沸石非骨架的远景改性为例进行相关说明,实际应用的例子交换法视具体而定有不同的方式,常见如固态的离子交换法、水溶液交换法、非水溶液交换法、熔盐交换法等。

从性能看,沸石可以借助阳离子对晶体电场、酸碱性以及孔道的结构实现想要的调整,从而达到对其性质的改变,以及改善沸石吸附离子和交换离子的能力,本研究中主要介绍水溶液交换法和固态离子交换法。

水溶液交换法是最常用的离子交换方法。沸石与某金属的盐水溶液结合后的离子交换过程如下所示。

其中A+为沸石阳离子,Z-为沸石的骨架,B+则为盐溶液金属阳离子。为了实现交换程度的提升,可以进行间歇式的多次交换,交换后需进行过滤及洗涤,之后进行二次交换,盐溶液中的金属阳离子经过多次交换后达到所需的要求。离子交换过程中,为了保证阳离子将沸石中的阳离子交换出来,需要保证阳离子和沸石中的阳离子类型相同,同时需要严格控制交换温度、物质的浓度、物质的用量和溶液的p H值等。水溶液交换方法也存在一定的缺陷,在将金属离子引入到沸石中的同时,交换时间较长,交换工作完成后需要重点处理交换后的盐溶液,另外溶液中还有一些不稳定的离子不能交换到沸石中。

固态离子交换方法为沸石的改性工业创造了新的路径,将沸石和金属氯化物或金属氧化物充分混合,之后经过高温焙烧,通过水蒸气处理,满足改性需求。盐中的阴离子会影响固态反应,金属氯化物在反应过程中也会生产易挥发的物质HCI,可以进一步促进交换反应的进行,固态离子交换法可以克服溶液离子交换法中的问题,应用前景十分广阔。

2 沸石改性实验

2.1 沸石原料处理

天然沸石中存在一定量的有机物杂质和可溶性的无机盐杂质,影响晶体孔道,降低了沸石的离子交换能力和材料的耐热性。处理可溶性无机盐杂质的过程中,一般应用酸碱浸泡的方法去除;处理有机物杂质时,一般应用焙烧的方法去除。应用酸碱溶液的同时,将浓度控制在5%~10%。浓度较低的酸碱溶液将不能满足生产需求,浓度较高的酸碱溶液将会破坏沸石的晶格结构,也会在处理尾液的过程中遇到困难。同时需要将焙烧的温度严格控制在250℃~450℃范围,避免温度过高影响离子的交换能力[2]。

取出一定量的沸石,在400℃环境下焙烧约6h,取出后冷却。将焙烧后的沸石置于烧杯中,加入一定量的盐酸溶液,盐酸溶液的浓度控制在8%左右,同时保证盐酸溶液浸没原料并高出原料3cm以上,为试验过程提供充足的搅拌空间。

之后将烧杯移至恒温磁力搅拌设备上,将环境温度控制在25℃,搅拌时间为16h,保证酸溶液完全浸入到颗粒内部。停止搅拌后静置,保证沸石颗粒完全沉降,及时将上层酸液导出。之后加入清水浸没沸石颗粒,为沸石颗粒提供充足的沉降空间,之后重新搅拌1h后静置沉降,导出上层溶液,应用这种方法经上层溶液调至中性。之后应用去离子水反复洗涤沸石颗粒,直到上层溶液澄清,过滤再进行干燥处理,即可取出备用。

2.2 沸石改性

2.2.1 将经过处理的沸石称量50g投入准备好的烧杯之中,然后把2 mol/L已经配制好的KCl溶液缓缓倒入至该烧杯之中,需要能没过该沸石颗粒达到5cm左右,同时还需要有能进行良好搅拌的充足空间。

2.2.2 将该烧杯放到恒温的磁力搅拌设备上,保证该烧杯在25℃的条件下充分搅拌10h。

2.2.3 停止搅拌后沉降,完全沉降后导出上层溶液。

2.2.4 舍弃离子水,对沸石颗粒进行清洗,确保上层的溶液在澄清后对其进行导出以及过滤的处理。

2.2.5 对上述步骤进行重复处理,对滤产物用配制好的2mol/LKCl溶液进行浸渍的处理,转换成钾型的沸石处理成功。

2.2.6 将过滤产物在105℃的条件下干燥约4h,即可取出备用。

与KCl改性方法相同,Na Cl、Ca Cl2和NH4Cl改性之后可以将过滤产物转换为转化成钠、钙、铵型沸石。

上述改性方法充分应用离子交换性能,主要是应用改性剂中的阳离子交换沸石中的阳离子,保证其转换为阳离子型的沸石。

3 改性沸石与铅离子交换实验

应用已经改性的沸石与稀硝酸溶液反应,实现离子交换,现以钠型沸石为例,论述改性沸石与铅离子的交换过程。

(1)称取一定量的硝酸铅置于1000m L烧杯中,之后注入适量蒸馏水搅拌均匀,最后定容1000m L。(2)称取30g钠型沸石加入烧杯中,将事先准备好的铅离子选择性电极插入其中。(3)将溶液的p H值控制为3,在20℃环境条件下连续搅拌,将搅拌速度控制在150r/min。(4)每隔相同时间读取一次铅离子的浓度,及时做好记录。(5)大约90min后停止搅拌,记录铅离子此时的浓度数值。(6)待沸石颗粒沉降之后处理掉上层的溶液,测其中钠离子浓度值并进行记录。(7)去离子水洗涤沸石3次,再进行过滤以及干燥(4h)的处理。试验重复两次,取平均值为最终的数据。(8)在20℃恒温条件下,将溶液的p H值分别控制在5、7、9,将环境温度控制在50℃左右,重复上述试验。

4 结语

天然沸石的交换能力不足,经过改性后的沸石可以大大提高铅离子的交换能力,可以满足废水处理的要求。本文重点探究了铅离子交换试验,试验结果表明交换铅离子的交换能力确实得到提高,对工业生产具有重要的借鉴意义。

参考文献

[1]韩汝宁.改性沸石去除废水中铅离子的研究[J].广西大学,2009,14(2):140.

离子束改性篇2

强流脉冲电子束金属材料表面改性处理

对典型金属材料,包括共析钢T8、模具钢D2和金属间化合物Fe-40Al进行强流脉冲电子束表面改性试验,分析了处理层显微组织和性能变化规律,明确“脉冲加热”与“脉冲熔化”处理模式,探讨强流脉冲电子束金属材料表面改性的工艺方法.

作者：郝胜智张向东邹建新高泰瑞董闯作者单位：大连理工大学三束材料改性国家重点实验室刊名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：V2关键词：强流脉冲电子束表面改性显微组织

阳离子染料染改性涤纶的探讨篇3

涤纶 (PET) 弹力织物具有坚牢挺括, 抗皱保形, 尺寸稳定等优点。CDP纤维是在常规PET纤维的二元单体基础上, 添加少量第三单体, 使其可采用阳离子染料染色, 达到降低染色温度, 改善染色性能的目的。同时CDP弹力织物的吸湿好、不易起毛起球及舒适性使其深受客户的青睐。

阳离子染料是一类在水溶液中可电离为带正电荷的色素阳离子, 以及无色阴离子的染料。阳离子染料的染色特性主要包括染料的配伍性、染色饱和浓度、饱和系数以及染料的移染性。

本试验通过对Astrazon阳离子染料和Kayacryl ED阳离子染料染色后的布面品质, 匹差, 得色深度, 牢度表现进行分析探讨, 得出不同色系下阳离子染料的最佳组合。

由于CDP纤维其超分子机构仍与常规涤纶相似, 机构的规整性, 紧密性仍然较高。因此, 阳离子染料在CDP纤维上的吸附仍属于化学定位吸附。

染色时, 染料的吸附扩散主要是在无定型区内, 其分子链具有高度的活动性, 热收缩与无定形区分子链的运动相关。纤维的玻璃化温度降低, 收缩率呈直线上升, 热收缩性高的纤维, 其上染率也高, 反之亦然。由于CDP纤维添加了第三单体, 破坏了PET纤维大分子原有结构的规整性, 使其在相同的温度下, 分子的热运动加快, 特别在无定形区, 分子间空隙增大, 染料分子容易渗透到纤维内部。因此, 提高了纤维对染料分子的吸附能力, 使染色性能提高[1]。

CDP纤维含有磺酸基可以结合阳离子染料, 这种纤维的分子链结合阳离子染料的反应可表示如图1。

1 试验部分

1.1 材料及染化料

材料:CDP含拉架织物 (87%CD POLYESTER, 13%LYCRA) , 规格为6.6tex/96F CD Poly+13%2.2tex Lycra。

克重:115g/m2。

染料:Astrazon阳离子系列染料 (德司达) 、Kayacryl ED阳离子染料 (日本化料株式会社) 。

试剂:匀染剂O (自制) 、有机酸 (柠檬酸) 。

设备:亚机水流染色机、Datacolor 600TM型测色配色系统、JIS型各项牢度测试仪、p H计。

1.2 染色处方和工艺

Astrazon染浅、中、深色。

染料份量:

染色工艺流程图如图1。

1.3 测试

色牢度测试标准:

渗色牢度参照JIS Test Method测定;

洗水牢度参照JIS L 0844 A-2 2011测定;

汗渍牢度参照JIS L0848 2011测定;

摩擦牢度参照JIS L 0849 TypeⅡ2013测定。

1.4 染料配伍性的测定

通过用同样工艺、条件染同一颜色测定其上染速率[2]。

方法:用分光光度计测定染色前后染液的吸光度, 按下式计算上染率

上染率 (%) = (1-n A1/m A0) ×100%

式中:m、n———染色前/后的染液稀释倍数;

A0、A1———染色前/后染液稀释m/n倍后吸光度。

1.5 相对不均匀度[3]的测定

分别在织物上取8点用计算机测色仪测定 (采用D65光源和10°视场) 织物的表观得色量K/S值, 然后求其平均值, 计算各点K/S值对平均值的偏差, 即相对不匀度 (以下简称不匀度) , 按公式 (1) 计算:

2 试验结果及分析

2.1 Astrazon与Kayacryl ED染料组合配伍性的测定

通过用同样工艺、条件染同一颜色其上染速率曲线如下图2, 图3。不同染料类别的匀染性能测试结果见表1。

注:色差555, 第1个5代表深浅;第2个5代表明暗度;第3个5代表色光。555是所有匹差的深浅、明暗度、色光的相对值。总和小于5优良, 5~7达标, 大于7不通过 (本厂标准) 。

由上图2、图3及匀染性数据可以看出, ED组合染料上染平稳, 上染同步性一致, 纤维上各染料的比例始终保持相近, 染色产品的色光也始终保持一致, 染色后的相对不均匀度低。而Astrazon料组合染料中各染料对纤维的亲和力不一致, 导致上染过程中染浴和纤维上各染料的比例时刻发生变化, 产品色泽不一, 染色后的相对不匀度提高, 容易产生色花和匹差, 难以达到理想的染色效果[4]。所以选择配伍性好的染料组合是保证染色效果良好的基础。

2.2 饱和值与深度的关系

纤维的染色饱和值标志着纤维用某一指定染料在规定条件下染色所能上染的数量限额。对于不同染料与纤维限额是不同的。

染色时, 染料的百分用量 (对纤维重) 和饱和系数f的乘积不应超过染色饱和值Sf;否则, 徒然增加染料, 造成浪费, 同时还影响到牢度。表2、3分别是ED料与Astrazon在同一布类上染同样的颜色所用染料份量的比较及染料系数表。

从表2中可以看出ED料的力份远远小于Astrazon染料, 从表3中可以看出染料系数相差不大, 当染深色时, ED染料组合与Astrazon料组合的系数与染料份量的乘积基本与染料份量成正比, 因此染深色时ED料由于份量太大很容易超出纤维的饱和值。因此根据具体的纤维, 颜色深浅要选择合理的染料, 大货以owf%<3.2%来选用ED料, 其余选用Astrazon料组合为选料指引。

2.3 染色效果对比

分别用Kayacryl ED染料系列、Astrazon染料系列组合染同一浅、中、深色试验, 比较不同深度的染色效果如表4。

从表4可看出, 在同样染色条件下, 中浅色kayacryl ED染料具有明显优势。Kayacryl ED是一种分散剂阳离子染料, 分散溶解性比较好, 除了具有普通X型阳离子染料的染色性能外, 还具有良好的分散稳定性及匀染性, 并且可以降低阴阳离子反应产生沉淀的风险。选用分散型阳离子染料, 可以在60℃以下开料, 相对其它阳离子染料开料溶解性有明显优势。但在深色系列, 由于kayacryl ED染料力份小, 染同样颜色需更大染料份量, 价格较贵, 而Astrazon料在染深色时, 布面效果差别不大。所以深色首选常用的Astrazon染料。

注:1.555 Sort Code第1个5代表深浅;第2个5代表明暗度;第3个5代表色光。555是所有匹差的深浅、明暗度、色光的相对值。总和小于5优良, 5~7达标, 大于7不通过 (本厂标准) 。2.浅色染料处方 (%) (owf) ≤0.1;中色染料处方 (%) (owf) :0.1~1.0;深色染料处方 (%) (owf) >1。

2.4 牢度测试结果

通过测定不同染料组合染浅中深色的牢度如表5。

从表5中, 浅中色方面这两种染料组合无差异均合格, 在深色方面ED料组合稍微差, 主要是由于ED料染黑色染料总份量已是Astrazon料组合的4倍, 染料份量过饱和影响到了牢度。

3 结语

3.1中浅色及敏感色owf%<3.2%选用ED, 其余选用Astrazon料组合。

3.2当达到CDP纤维的染色饱和值时, 再增加染料份量已经无法提升其深度;且个别牢度也会不合格, 因此, 深色不可以过饱和。

参考文献

[1]肖茹, 顾利霞.改性PET纤维结构和染色性能的研究[J].合成纤维工业, 2000, 23 (6) :15-17.

[2]张贵.锦纶经编布经轴染色工艺优化[J], 针织工业, 2014, (2) :36-39.

[3]何瑾馨.染料化学[M].北京:中国纺织出版社, 2004.

一种负离子橡胶改性沥青的研究篇4

1 负离子橡胶改性沥青的制备

1.1 主要原料

100#基质沥青, 胜利油田沥青厂;再生橡胶粉:20-100μm, 东莞方达环宇有限公司生产;负离子添加剂:燕大奇才科技有限公司, 平均粒径为15~400 nm, 经复合改性剂表面处理;助剂:自配。

1.2 负离子橡胶改性沥青的制备方法

将一定量的基质沥青熔融脱水, 按配方加入橡胶粉和助剂 (高比例的改性材料掺加技术, 橡胶和沥青比例最高可达1:1) , 搅拌均匀并升温到180℃。用高剪切分散乳化机在温度170~190℃、转速4000~6000 r/min的条件下, 剪切30 min。按配比加入负离子添加剂, 继续剪切30 min, 降温至 (160±10) ℃, 放置30 min, 即得负离子橡胶改性沥青。由核磁共振和红外光谱分析可以看出, 负离子添加剂加入橡胶改性沥青是一个物理混溶过程, 负离子添加剂与沥青之间只存在分子间作用力, 并没有发生化学变化生成新的物质或基团。负离子添加剂粒径为纳米级, 混溶体系均匀且稳定, 适用于生产应用。

2 负离子橡胶改性沥青性能试验

2.1 检测项目、标准及设备

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ052-2000) 和《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 中的相关规定, 对样品进行常规性能检测, 沥青混合料配比设计, 路用性能评价。在此基础上, 对样品释放负离子性能进行了评价[4,5,6]。

本次检测使用的仪器见表1。

2.2 负离子橡胶改性沥青常规性能检测

负离子橡胶改性沥青常规性能检测结果见表2。

由于橡胶改性沥青目前尚无国家标准和行业标准, 对该沥青常规性能的指标, 我们采用中石化于2008年10月提出的《废橡胶粉改性道路沥青》 (送审稿) 石油化工行业标准进行评价。参照《废橡胶粉改性道路沥青》 (送审稿) 中相关评价标准, 负离子橡胶改性沥青常规性能检测结果均已经达到或超过Ⅱ等, 即该样品常规性能优良。

2.3 负离子橡胶改性沥青释放负离子性能评价

2.3.1 测试

使用DLY-6A232型大气离子测量仪, 以普通道路沥青为参照, 对负离子橡胶改性沥青进行负离子释放量测试, 得出评价结论。

测试结果及测试曲线见表3。

2.3.2 结论

测试结果表明, 适量添加负离子添加剂, 可明显提高道路路面天然负离子释放量, 进而改善周边环境。

3 综合评价

3.1 技术创新

3.1.1 高比例的改性材料掺加技术 (1:1) , 每生产10吨改性沥青可利用5吨废胎橡胶粉, 对消灭废轮胎黑色污染具有重要的环保意义;

3.1.2 使路面具有释放负离子性能, 可以有效改善公路周边环境。

3.2 该产品的性能优势

3.2.1 高温劲度模量大、软化点高、抗蠕变能力大;

3.2.2 应力吸收层粘结力大, 能够有效防止长下坡桥面剪切推移。

3.2.3 轮胎橡胶中的抗氧化剂、热稳剂、变价金属抑制剂、紫外线吸收剂和对光屏的碳黑填充剂, 使得该产品具有较强的抗老化性能。

3.2.4 由于橡胶本身特有的弹性和吸音特性, 与普通沥青路面相比, 可降低噪音。

参考文献

[1]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].上海:同济大学出版社, 2001.

[2]邱垂德, 潘昌林.以废轮胎橡胶拌制沥青混凝土之台湾经验[J].上海公路, 2005, (1) :41-49.

[3]曹卫东, 周海生, 吕伟民.废橡胶颗粒改性沥青混合料的设计与性能[J].建筑材料学报, 2005, 8 (5) :562-566.

[4]JTGF40-2004, 公路沥青路面施工技术规范[M].北京:人民交通出版社.

[5]JTJ052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[M].北京:人民交通出版社.

离子束改性篇5

本实验采用非离子丁苯胶乳作为改性剂,通过大量的室内试验和道路施工,考察了用于稀浆封层的改性乳化沥青性能。

1 原材料

1.1 基质沥青

选用兰炼AH-110重交道路沥青、兴能牌AH-70重交道路沥青和中海油AH-90重交道路沥青3种沥青产品进行改性,基质沥青的技术性能指标试验结果见表1。

1.2 改性剂

使用自主研发生产的非离子型丁苯胶乳作为改性剂,其主要性能见表2。

1.3 乳化剂

结合沥青的情况和SBR的性能,对国内外乳化剂进行筛选,在大量实验的基础上选定慢裂慢凝型木质胺类RH-C01乳化剂,其主要性能见表3。

1.4 稳定剂

使用单一乳化剂是无法制得稳定的乳液,所以必须使用添加剂。经过实验选择高分子RCWDRH-1型稳定剂,其主要性能见表4。

2 性能评价

2.1 乳化沥青试验

2.1.1 改性乳化沥青制备方法

(1)称取重交道路基质沥青并均匀加热到145～155℃备用。

(2)称取60%洁净的水加热到35℃后滴加0.6%的乳化剂,在均匀搅拌的情况下加入1.8%～2.5%的改性剂,然后加入0.3%～0.5%的稳定剂,并用盐酸调整pH为2.5～4后加热到55～65℃备用。

(3)开启胶体磨预热,将b步骤制得的乳液倒入胶体磨中循环,同时加入a步骤制得的基质沥青,调压力至2MPa,循环研磨2min后,便可制得改性乳化沥青。

2.1.2 胶乳改性阳离子乳化沥青的性能评价

通过多次选择不同性能的胶乳及不同的阳离子慢裂快凝型乳化剂及稳定剂,制备出了丁苯胶乳与沥青相容性好的改性乳化沥青,其理化指标见表5。

由表5可见,以非离子丁苯胶乳作为改性剂制备的改性乳化沥青,各项性能指标优异,能达到国家交通部JTJ032-94标准以及国际稀浆封层协会ISSA143-1996标准。

2.2 混合料性能评价

将制得的改性乳化沥青与金坛玄武岩等制成混合料,进行路用性能测试,测试结果见表6。由表6可见,以AH-110#改性乳化沥青制备的混合料,完全能够达到高等级公路稀浆封层要求,满足国家交通部JTJ052-2000标准。非离子丁苯胶乳对阳离子乳化沥青的改性效果明显,路用寿命得到提高。

2.3 性能对比

将自制非离子丁苯胶乳与BASF公司胶乳分别对AH-110#基质沥青进行改性,对所制备的改性乳化沥青进行对比,对比结果见表7。

从表7数据可知,自制胶乳改性的乳化沥青在针入度、软化点等关键指标上优于采用BASF公司胶乳制备的改性乳化沥青,其他性能指标相当。

3 路面实验评价

在江苏省新沂市205国道967K+735处进行了2km改性稀浆封层路面的铺设。

实验路的铺设中采用的主要材料有金坛玄武岩和以自制非离子丁苯胶乳为改性剂制备的改性乳化沥青,执行标准是JTJ032-94,参照ISSA A-143标准,制备的改性乳化沥青指标见表

配合比的设计中用水量为13%,油石比为8.5%,此时的湿轮磨耗值为395.1g/m2,负荷轮压结果为414.8g/m2,达到施工中对改性乳化沥青的混合料要求。

采用稀浆封层机进行稀浆封层施工,实验路施工过程顺利,路面技术性能检测数据见表9,各项数据均达到JTJ032-94中“交工验收阶段的工程质量检查与验收”技术要求。

4 结论

(1)自主研发生产的非离子丁苯胶乳经过实验室、试验路等的应用研究,表明这是一种新型的沥青改性剂,制备的改性乳化沥青各项性能指标均达到国家标准及国际稀浆封层协会标准。

(2)改性乳化沥青与矿料的拌合时间长利于摊铺混合料路用性能指标符合国家交通部标准。

(3)非离子丁苯胶乳改性乳化沥青通过稀浆封层施工进行高等级公路的养护维修,竣工验收的各项性能指标均达到国家交通部标准

摘要：采用自主研发生产的非离子丁苯胶乳作为改性剂,对不同基质沥青进行改性,考察改性乳化沥青的各项性能。并在高速公路进行推广应用,取得较好效果,为非离子丁苯胶乳改性乳化沥青在路面上的应用提供借鉴。

关键词：非离子,丁苯胶乳,改性,乳化沥青

参考文献

[1]王红,韩冬.改性乳化沥青的发展和应用概述[J].石油沥青,2006,20(5):1-6.

[2]李自华.SBR改性乳化沥青作为粘层油在工程中的应用[J].公路交通科技,2000,17(3):10-12.

[3]王宝才,刘强.乳化沥青微表处的施工质量控制[J].山西建筑,2007,33(1):292-293.

[4]张敬义,毛冬梅,苟全,等.聚合物乳液改性乳化沥青性能评价[J].石油沥青,2004,18(6):23-26.

改性橘子皮对水中金属离子的吸附篇6

1 实验

1.1 仪器与试剂

仪器:WFX-原子吸收分光光度计 (AAS) , 101-1AB电热鼓风干燥箱, SHZ-D (Ⅲ) 循环水式真空泵, 筛子。

试剂:6.00 mol/L HNO3, 锌粒, Fe SO4·7H2O, KOH, Ca Cl2, 乙醇。

1.2 改性橘子皮生物吸附剂的制备

橘子皮 (OP) 经自来水和蒸馏水洗净后, 用蒸馏水浸泡24 h。剪碎至黄豆粒大小于60℃鼓风箱中烘干12 h, 再于70℃烘干12 h, 粉碎至粒径小于80目。

各取一定量的OP于100 m L的烧杯A、B、C中, 加入25.00 m L的乙醇, 15.00 m L的Ca Cl2 (0.8 mol/L) , 再于A、B、C烧杯中分别加入KOH, 浸泡20 h。抽滤并用蒸馏水洗剂至p H=7, 在70℃鼓风干燥箱中烘干24 h, 所得橘子皮吸附剂简写为SCOP。

1.3 吸附实验

在烧杯中加入一定固液比的改性橘子皮吸附剂及金属离子溶液, 用0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L Na OH调节溶液p H, 保证吸附在稳定的p H值下进行, 磁力搅拌一定时间后过滤, 用原子吸收分光光度计测定滤液中金属离子的平衡浓度。

分别用式 (1) 和 (2) 计算吸附率 (Ra) 和吸附量 (q) :

式中;C0和Ce———表示金属溶液的初始浓度和平衡浓度, mg/L

m———所用生物吸附剂的质量, g

V———溶液体, L

2 结果与讨论

2.1 橘子皮皂化的改性原理

橘子皮主要由半纤维素、纤维素、木质素和果胶等多糖类物质组成, 同时还含有丰富的橙皮甙、色素和香精油等。因此, 对橘子皮改性研究的关注点应放在橘子皮中半纤维素、纤维素、木质素和果胶等主要成分上, 而橙皮甙、色素、香精油等物质在改性处理过程中可以大量的溶解在乙醇或水中而加以分离除去。根据橘子皮的主要组成结构及特点, 氢氧化钾可以部分地与木质素、半纤维素和纤维素分子中的酚羟基或醇羟基反应生成醇钾[13], 氢氧化钾还可以使橘子皮中果胶分子上甲酯化的羧基皂化, 进而提高羧基官能团的数目[14];同时, 经过氢氧化钾浸泡处理, 降低了木质素与碳水化合物连接结构及橘子皮中高分子聚合物的聚合度, 使木质纤维素材料大大膨胀, 增加内部表面积和孔隙率[15]。醇钾的生成和羧基数目及孔隙率和表面积的增加都有利于提高吸附剂对金属离子的吸附效率[16,17];乙醇的作用是去除色素及一些可溶性的小分子。

2.2 改性优化条件

2.2.1 氢氧化钾浓度的选择

为确定适宜的氢氧化钾浓度, 本研究固定乙醇 (25.00 m L) 与氯化钙 (15.00 m L 0.8 mol/L Ca Cl2) 的用量, 改变氢氧钾用量对橘子皮进行改性处理。当p H=5.0, 温度30℃, 改性橘子皮的量定为5.0 g时, 改变KOH的浓度即分别为0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L, 磁力搅拌接触2 h, 吸附剂对溶液中金属离子的吸附量如图3, 即KOH的浓度从0.5 mol/L增大到1.0 mol/L时, 改性产物对Zn2+和Fe2+吸附率增大较快, 以后继续增加至1.5 mol/L KOH浓度, 吸附率增加缓慢;则控制KOH浓度为1.0 mol/L为最优条件。

2.2.2 固液比的影响

在p H=5.0, 温度30℃时, 分别取3.0 g、5.0 g、7.0 g B种改性橘子皮各两份, 分别加入45 m L的Zn2+和Fe2+溶液, 磁力搅拌接触2 h, 探究不同固液比对水中金属离子吸附的变化。由图4可见, 吸附剂量由3.0 g增加至5.0 g时Zn2+和Fe2+吸附率变化较大, 由5.0 g增加至7.0 g时吸附率变化较缓, 即吸附剂量为5.0 g时为最佳条件。

2.2.3 吸附剂与水中金属离子的接触时间

在p H=5.0, 温度30℃时, 取5.0 g经1.0 mol/L KOH皂化处理的SCOP 6份, 让其中3份让其与Zn2+溶液分别接触1h、2 h、3 h;同理, 剩余3份与Fe2+溶液分别接触1 h、2 h、3h。由图5可知, 当接触时间由1 h增加到2 h时Zn2+的吸附量变化较大, 而接触时间由2 h增加到3 h时其吸附量有所减小, 则接触时间为2 h时为Zn2+的最佳接触时间;当接触时间由1h增加至2 h时Fe2+的吸附量增加明显, 而当接触时间由2 h增加至3 h时其吸附量增加缓慢, 则接触时间为2 h时为Fe2+的最佳接触时间。

3 结论

(1) 以橘子皮为基体, 通过乙醇、氢氧化钾和氯化钙改性制备高效橘子皮生物吸附剂, 用改性橘子皮生物吸附剂处理含金属离子的废水, 是一种性能良好的吸附剂。改性后的橘子皮表面更加粗糙, 更加有利于吸附金属离子;改性使橘子皮表面的有效官能团数增加。

(2) 本实验探究到在p H=5.0、温度为30℃时, 经15.00 m L0.1 mol/L KOH、15.00 m L 0.8 mol/L Ca Cl2和25.00 m L乙醇改性处理过的橘子皮吸附效果最好;5.0 g的固液吸附比为最优条件;接触时间为2 h时吸附效果最佳。

(3) 经火焰原子吸收分光光度计测定比较, 改性后的橘子皮对Zn2+有较好的吸附而对Fe2+的吸附量则较少。

摘要：将橘子皮用氢氧化钾、乙醇和氯化钙进行皂化处理, 得到改性橘子皮生物吸附剂 (SCOP) 。在保持p H、起始金属离子浓度和温度不变的情况下进行吸附试验, 研究不同氢氧化钾浓度浸泡下的SCOP及不同固液比、接触时间的改性橘子皮对水中锌、铁离子的吸附量大小。通过火焰原子吸收分光光度计定性测得SCOP对锌离子有较好的吸附, 对铁则吸附较少。

锂离子电池金属硅负极材料的改性篇7

由于所研究的金属硅粉中包含合金元素, 此金属元素就使其具有导电性, 并对储锂过程中的硅基体体积膨胀有明显的减缓作用。本文的研究对象金属硅粉具有成本低廉的优势, 为了改善硅负极的体积效应掺杂部分石墨, 通过高能球磨法的方法制备硅碳复合负极材料, 并且对其电化学性能进行研究。

一、背景意义

锂离子电池作为一种新型绿色安全电池, 以其比能量高、电池电压高、工作温度范围大、储存寿命长、无任何记忆效应, 自放电率小等优势, 在军事以及小型民用电器中, 例如摄像机、照相机、笔记本电脑和移动电话等方面得到广泛运用。

所谓化学电源之一的锂离子电池, 指其正负极是利用两个能够可逆嵌入与脱嵌锂离子的化合物所构成的二次电池。当前锂离子电池的物理机理多是通过在固体物理中嵌入物理来解释的, 所谓嵌入, 指能够移动的客体粒子如分子、原子及离子等可逆地嵌入到主体晶格里合适的网络空格点中。电子仅在正负极材料之中运动, 且正负极材料均为离子与电子的混合导体嵌入化合物。当前嵌入化合物已知种类较多, 分子、原子及离子均可以作为客体粒子, 并且在嵌入离子时, 要求由主体结构作电荷补偿来维持电中性。主体材料能带结构的改变能够有效实现电荷补偿。当嵌入化合物在满足结构改变, 能够可逆并以结构弥补电荷变化等条件后方能作为锂离子电池的电极材料。在嵌入前后的电导率会发生一定变化, 这一特性与锂离子电池电极材料在空气中稳定存在紧密相关。目前硅作为已知比容量最高的锂离子电池负极材料, 其具有理论比容量高达4, 200m Ah/g、低廉的价格以及环境友好等优势, 但依然在嵌、脱锂过程中有严重体积效应。

二、研究目的与方法

由于硅的理论比容量高达4, 200m Ah/g, 这就使得其在负极体系中受到社会及研究学者的广泛关注, 然而硅存在一些无法避免的缺陷如在循环过程中产生的相对较大的不可逆性容量损失缺陷、体积膨胀效应严重缺陷、循环稳定性较差缺陷以及相对较低的库伦效率等缺陷。因此, 目前已十分有必要采取有效措施来进行制备优质的硅基负极材料工作, 此工作具有十分重要的意义。当前多通过对高纯硅粉基础上进行硅的改性, 而高纯硅粉又是通过普通含杂质的金属硅 (其主成分硅的含量为98%左右, 是由碳在高温炉中还原二氧化硅得到, 其余杂质为铁、铝和钙等) 为原料, 因其是通过提纯工艺所获, 使其具有较高的成本。由于高纯硅较差的导电性, 使利用其作为电极材料时需进行有效改性及掺杂等方式来增强电极材料导电性。由上可知, 高纯硅粉在作为电极材料时需要降低储锂过程中的体积膨胀并增强导电性, 由此可见将含杂硅替代高纯硅来作为电极材料的原料更加合适。

由于金属硅粉中所含的合金元素不仅使其具有导电性特征, 还能够有效降低储锂过程中的硅基体体积膨胀效应。鉴于金属硅的上述优势以及较低廉的成本优势, 将硅粉作为研究对象, 为了改善硅负极的体积效应掺杂部分石墨, 通过高能球磨法的方法制备硅碳复合负极材料, 并探讨研究其电化学性能。

本文研究内容包括两方面:一是研究纯硅材料的电化学性能, 是后续实验的理论基础。二是负极材料采用掺杂石墨和高能球磨金属硅, 并对其电化学性能进行深入研究。在金属硅粉中掺杂一定数量的石墨, 并试验研究石墨含量对循环稳定性和材料容量所产生的影响, 通过研究分析来确定石墨含量最适宜的数值。比较纯硅负极材料、金属硅石墨负极材料的充放电性能、循环效率及循环稳定性是否改善。

三、性能测试

(一) 充放电测试。对组装的扣式电池进行恒流充放电测试, 测试系统采用新威电池测试系统, 电压范围为0.01V~1.5V, 电流密度为100m A·g-1。图1为纯硅的充电比容量电图, 通过分析可知:纯硅的首次嵌锂容量大大低于理论锂容量, 其值为39.9m Ah/g, 并一直保持39m Ah/g, 这说明纯硅充电只能脱出很小部分。图2为金属硅的充电比容量图, 从图中可知金属硅第一次循环嵌锂电位为532.4m Ah/g, 之后循环嵌锂容量及脱锂容量大幅度下降, 第二次嵌锂电位为282.4m Ah/g, 第三次嵌锂电位为202.4m Ah/g, 之后的循环衰减更快, 到达第十次以后达到稳定值。说明是由于材料结构可能出现变化引起的。循环5次后曲线无大幅变动, 而呈现直线状态, 这反映出此材料容量过低, 但循环稳定性后期良好。

由于其不可逆容量相对较大, 这就要求我们采取适当措施来应对并改善出现各种问题, 金属硅充放电倍率越小使得其首次充电比容量越大, 随之比容量衰减降低。充放电倍率较大导致充电比容量小大致有以下几点成因:一是放电与充电电流一样, 放电 (嵌锂) 中较大的电流会致使大量Li+向阳极材料 (硅材料表面) 流去并发生还原反应, Li+得到电子变成锂原子并往硅颗粒扩撒, 若电流过大, 会致使表面堆积大量锂原子, 进而发生阳极材料电位降低并终止放电, 这大大减小了嵌锂比容量, 最终致使充电 (脱锂) 比容量降低;二是由于充电 (脱锂) 时, 在硅颗粒中的锂原子因外电场作用会自内部向表面进行扩散并产生氧化反应, 使锂原子转换为Li+状并由阳极移向阴极, 若锂原子的设置电流较大, 而扩散与氧化反应速率较低就导致大量电子囤积在阴数值, 由于其中存在一种锂化物, 其可逆性较好。由于其形成过程与去锂化过程较短暂使充放电时电流的变化对其影响十分微弱。

(二) 循环伏安测试。本文用M2273电化学分析仪测试扣式电池的循环伏安 (cyclicvoltammetry, CV) 曲线, 扫速为0.5m V·s-1, 扫描范围为0.01V~OCV或0.01V~1.5V。

纯硅的前十次嵌锂容量放电理论容量不稳定, 且极小。电压和容量变化趋势和变化幅度比较明显。电压范围在2.5~1.5V之间容量基本为零, 几乎垂直, 1.5~0V之间容量从0~0.1m Ah之间, 变化趋势稳定, 变化率比2.5~1.5减小。之后放电电压和容量变化趋势和变化幅度仍然比较明显。电压范围在2.0~0.5V之间容量基本为零, 几乎垂直, 0.5~0V之间容量从0~0.1m Ah之间, 变化趋势稳定, 变化率比前减小。纯硅的前十次嵌锂容量充电理论容量稳定, 但极小。纯硅的首次充电电压和容量变化趋势和变化幅度比较明显。电压范围在0~0.7V之间容量基本为零, 0.7~2.0V之间容量从0~0.1m Ah之间, 变化趋势稳定, 变化率减小。

金属硅的前十次放电电压和容量变化趋势和变化幅度比较明显。电压范围在2.5~1.5V之间容量基本为零, 几乎垂直, 1.5~0V之间容量在0~0.1m Ah之间, 变化趋势稳定, 变化率比2.5~1.5减小。

纯硅和金属硅在嵌锂 (放电) 环节中会随着比容量的增加而产生较快的电位下降, 脱锂 (充电) 过程中电位平台十分相似, 尽管两者在十次循环时的充放电容量比首次充放电容量减小, 但两个曲线形状基本一致, 这说明纯硅与金属硅的嵌锂机理基本相同。

(三) 电化学性能表征。X射线是研究物质微观结构的重要手段之一, 本文用此设备确定制备材料的物相。文中实验所用X射线衍射仪是日本理学株式会社生产的D/max-γB旋转阳极X射线衍射仪

X射线衍射分析简称XRD (X-ray diffraction) , X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射, 其主要包括特征X射线与连续X射线。晶体可被用作X光的光栅, 这些大量的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用, 从而影响散射的X射线的强度, 使其发生增强或减弱趋势。X射线的衍射线则是因大量原子散射波的叠加并互相干涉而产生的最大强度。

在满足衍射条件后, 可应用布拉格公式:2dsinθ=nλ。通过运用已知波长的X射线来对θ角进行测量, 并以此计算出晶面间距d, 这是用于X射线结构分析;此外通过应用已知d的晶体来测量θ角, 来计算出特征X射线的波长, 进而可在已有资料查出试样中所含的元素种类与名称。

利用衍射峰所在的角度位置以及衍射峰的峰宽和强度等, 能准确分析出物质的成分与结构。本文采用日本力学公司生产的D/MAX-2500 PC型X-射线衍射仪, 工作电压45KV, 工作电流50m A, 采用连续扫描, 速度为8°min-1, 扫描角度2θ为10°~90°。

图5为纯硅的XRD谱图, 由图可得出, 在2θ=28.4°、47.1°、56.1°、76.3°位置硅的衍射峰出现, 并且峰的形状相对来说比较尖锐, 这说明硅材料具有十分良好的晶体结构。从金属XRD谱图中可以看出, 在2θ=28.4°、47.1°、56.1°、76.3°处也出现硅的衍射峰, 峰的形状同样比较尖锐, 并且与纯硅的位置是一样的, 由此可说明金属料具有与纯硅一样良好的晶体结构。化合物A的衍射峰在2θ=16.5°时出现, 其衍射峰呈尖锐形状且强度较高, 这说明化合物有良好的纯度和晶体结构, 化合物B的衍射峰在2θ=37.5°时出现, 并且衍射峰的强度同样较高且峰呈尖锐形状, 这亦说明化合物有良好的纯度及晶体结构。而且因为化合物的出现原有的硅的衍射峰强度有所下降。

四、结语

实验主要以不同杂质含量的金属硅和纯硅为研究对象, 以球磨掺石墨为方法, 以锂离子电池的负极材料为最终研究目标。用机械合金化法处理了纯硅、金属硅, 分别对材料进行30h石墨含量10%和30%球粉比20:1和1:1的球磨处理。对材料晶体结构、充放电性能进行了分析, 主要得出了以下结论:一是通过对材料的XRD分析得出:球粉比的变化不会对材料的XRD峰值的位置有任何影响。球粉比越大, 峰值强度越小, 也就是说材料的非晶化程度随之越大, 但是并不会生成完全的非晶相。石墨含量越大, 峰值强度越小, 也就是说材料的非晶化程度越大, 但是并不会生成完全的非晶相。二是通过对材料的充放电性能分析得出:球粉比越大, 金属硅材料的充放电性能越好, 虽然性能改善不太明显, 但可以看出, 在同样的循环次数中, 20:1球粉比的球磨材料的性能相比于球粉比为1:1和0的材料, 容量损失少。

参考文献

[1]K.Brandt, Historial development of secondary lithium batteries[J].Solid State Ionics, 1994

[2]杨遇春, 二次锂电池进展[J], 电池, 1993

阳离子SBS改性乳化沥青制备研究篇8

乳化沥青分为普通乳化沥青和改性乳化沥青。改性乳化沥青中聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)胶乳改性乳化沥青较多,其制备过程简单,对设备要求不高,通过胶乳、水溶液与基质沥青混合过胶体磨即可制得。但是,SBR胶乳改性乳化沥青蒸发残留物的软化点很难达到70℃以上[5,6,7,8]。因此,开发高温稳定性好、性能优良的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性乳化沥青具有重要意义。

1 实验部分

1.1 主要试剂及设备

1.1.1 主要试剂

SK90#基质沥青;SBS改性剂(线型SBS,嵌段比10/90~20/80,分子量8万~9万),壳牌公司;表面活性剂为美德维实伟克生产的阳离子乳化剂,成分为十八烷基三甲基铵盐、十六烷基三甲基铵盐与十六烷基乙撑二胺的混合物;交联剂为多硫类或过氧类物(LZ-STAB-03),济南重交路桥工程有限公司;聚乙烯醇;氯化钙;实验室自来水;浓盐酸(浓度为35%)。

1.1.2 实验设备

高剪切分散乳化机(FLUKO-FM300);高剪切乳化机(FLUKO-FA25)。

1.2 实验方法

1.2.1 沥青改性

将沥青加热至175℃,加入3% ~5% 的SBS改性剂,以4000r/min的转速恒温剪切40min。剪切完毕后,加入0.4%的聚乙烯醇、0.2%氯化钙及0.1%的交联剂,按照以上工艺继续剪切10min。

1.2.2 乳化

在水中加滴加浓盐酸,调节pH至3~5,再加入1%~2%的乳化剂,加热至70℃,保温待用。将改性沥青加热至170℃后,将皂液和沥青边混合边搅拌,调节转速为16000r/min,在乳化机中乳化1~2min,制备得阳离子改性乳化沥青。

1.3 阳离子SBS改性乳化沥青性能检测

乳化沥青性能测试主要针对其蒸发残留物的三大指标,由于使用了SBS改性剂,因此还需对其10℃弹性恢复进行测试。

1.3.1 软化点

软化点是衡量沥青高温稳定性的一个重要指标,是沥青处于滴淌时的温度。软化点高表明沥青在夏季具有较高强度,不宜变形或流走。测试方法为T0606—2011。

1.3.2 延度

延度反映了沥青在低温下的粘聚力,延度越大表明沥青的粘聚力越大,在低温下不易变形开裂。测试方法为T0605—2011。

1.3.3 针入度

针入度反应沥青硬度,针入度越大说明沥青越软。本研究测试温度为25℃,测试方法为T0605—2011。

2 结果与分析

2.1 阳离子SBS改性乳化沥青制备条件分析

2.1.1 表面活性剂掺量的影响

使用表面活性剂有助于降低水油两相间的界面张力,稳定已分散的小液滴,减少液滴团聚的几率,所以表面活性剂用量的选择直接关系到乳化沥青的软化效果。

为了研究表面活性剂掺量的影响,同样操作5 个比较试验,在改性沥青中分别加入1%、1.2%、1.5%、1.8%和2%的乳化剂,其余加工工艺不变,以观察不同乳化剂含量下乳化沥青的乳化效果,实验结果见表1。

由表1看出,随着表面活性剂用量的增加,乳化沥青的均匀性提高。当表面活性剂掺量过低时,沥青结块严重。这是当表面活性剂掺量低时,不足以包裹所有的液滴,致使液滴发生团聚,形成结块;随着表面活性剂用量的增加,液滴间相互合并的机会减少,乳化均匀。但当用量增加到使液滴全部表面都饱和时,表面活性剂对乳化沥青乳化效果的影响就不明显了,因此继续增加表面活性剂用量对乳化效果的影响不大。

由于在加工过程中添加的乳化剂一直存留在沥青材料中,残留的乳化剂对沥青材料的路用性能有一定的影响。因此需针对不同剂量的乳化沥青蒸发残留物指标进行研究。试验结果见图1—图4。

从图1—图4可知,随着表面活性剂掺量增加,乳化沥青蒸发残留物的延度、弹性恢复呈整体下降趋势,针入度呈整体上升趋势,软化点呈先增大后减小趋势。因此,表面活性剂掺量为1.5%时较为合适。

研究表明,沥青是一种胶体结构,其中沥青质是分散相,油分是分散介质,但沥青质与油分不亲和,而且沥青质与油分两种组分混合不能形成稳定的体系,沥青质极易发生絮凝。胶质对沥青质是亲和的,对油分也是亲和的,因此胶质包裹沥青质形成胶团,分散在油分中,从而形成稳定的胶体。从沥青的胶体结构可看出,乳化过程可以看做是用剪切机和表面活性剂将沥青质剪切成小块的过程。在剪切机和表面活性剂的双重作用下,沥青胶体结构中分散相被剪切成小块,表面被表面活性剂包裹,相互排斥,分散在乳化沥青中,当水分挥发后,带正电荷的表面活性剂仍有部分停留在沥青表面,使得部分沥青质之间仍存在斥力,无法絮凝呈大块分散相,会造成沥青延度、弹性恢复的下降,同时也会提高沥青的针入度。因此,表面活性剂掺量越大,沥青延度、弹性恢复下降越剧烈,针入度提高越大。由于表面活性剂的阳离子为碱性的铵盐,可与酸性的沥青产生一定化学反应,因此表面活性剂掺量对软化点的影响比较复杂,呈先增大后减小的趋势。

综上所述,表面活性剂掺量增大,会在一定范围内提高乳化效果,但同时会降低沥青的延度和弹性恢复,增加针入度。

2.1.2 SBS掺量对乳化沥青的影响

由于现代高等级公路交通密度大、车辆轴载重和荷载间歇短,会造成沥青路面出现高温车辙、低温裂缝,严重影响沥青的使用寿命。为提高沥青路面的路用性能,需要对沥青进行改性。

为了研究SBS掺量的影响,同样操作3个比较试验,在改性沥青中分别加入3%、4%和5%的SBS,选取表面活性剂掺量为1.8%(保证乳化效果),其余加工工艺不变,以观察不同乳化剂含量下乳化沥青的乳化效果,试验结果见表2。

由表2可知,当表面活性剂掺量为1.8%时,不同SBS掺量的乳化沥青均可以充分乳化,质地均匀。进而对3个试验样品中改性乳化沥青的蒸发残留物进行研究,结果见图5—图8。

由图5—图8可知,随着SBS剂量的增加,乳化沥青蒸发残留物的软化点、弹性恢复均增大,但超过4%以后,软化点和弹性恢复增加幅度降低,而10℃延度随着SBS剂量增大呈先增大后减小的趋势,在4%时最大。因此,SBS掺量为4%时较为合适。

SBS会与沥青中的轻质组分发生溶胀[9],在沥青胶体结构中起到分散相的作用,增加了分散相的质量,使沥青高温性能和黏弹性提高,针入度降低。但是SBS掺量继续增大时,由于可以稳定的轻质组分已被固定,因此软化点增加的幅度降低[5,6,7,8]。改性沥青可以分为2 相,沥青相和SBS相,SBS相由于吸收了沥青中的轻质组分,具有较好的抗变形能力,但沥青相的抗变形能力则减弱,在低温时,改性乳化沥青的低温延度受沥青相和SBS相的共同作用,变化规律难以预测。

2.1.3 pH值的影响

pH值直接影响乳化沥青乳化时的化学环境。pH低时溶液中H+浓度高,溶液极性较强。初期试验表明,当乳化沥青溶液pH大于3时,乳化过程无法进行。这是因为溶液中H+浓度高时,可以与带正电荷的阳离子表面活性剂产生较大的离子斥力,增加阳离子表面活性剂的运动速度,增强其活性,使表面活性剂迅速包裹住沥青微粒表面。当乳化沥青溶液pH值高时,H+浓度较低,无法促进表面活性剂迅速包裹沥青微粒,沥青微粒在范德华力作用下发生絮凝,又重新结合在一起。因此,本研究的pH值范围为2~3。

为了研究pH值对乳化沥青的影响,同样操作3个比较试验,用浓盐酸调整pH值至2、2.5和3,为了达到良好的效果,采用控制变量的方法,选取表面活性剂掺量为1.5%,SBS改性剂掺量为3%,其余加工工艺不变,以观察不同pH值下乳化沥青的蒸发残留物的指标,实验结果见图9—图12。

由图9—图12可看出,随着pH值的增大,乳化沥青蒸发残留物的软化点呈下降趋势,延度、弹性恢复和针入度呈上升趋势,且软化点下降的幅度很大,当pH值升高1时,软化点降低了12℃。pH值对乳化沥青蒸发残留物的软化点影响很大。

pH值对改性乳化沥青蒸发残留物的影响机理与表面活性剂相似。pH值低意味着溶液中H+浓度高,有利于促进沥青质分散,不利于后期沥青性能的恢复,因而pH值较高时蒸发残留物的弹性恢复、延度较大。然而pH值对改性乳化沥青蒸发残留物软化点的影响机理尚不明确,有待于进一步的研究。

2.2 阳离子SBS改性乳化沥青指标检测

通过2.1中的探索试验及性能分析,得出阳离子SBS改性乳化沥青的最佳制备条件为表面活性剂掺量1.5%,SBS改性剂掺量为4%,pH值为2.5,保持其他加工工艺不变,制备乳化沥青。为了消除实验误差,相同配方的实验重复4 次。结果发现,采用以上制备方法所制备的乳化沥青均匀,呈棕色,流动性较好,放置1d无分层现象。对4 组乳化沥青蒸发残留物的3大指标及弹性恢复进行测试,结果见表3。

由表3可知,该制作工艺重现性较高,可以稳定地制备出高性能阳离子SBS改性乳化沥青,其软化点高于70℃,高于市场上的大部分产品,具有良好的高温稳定性。

3 结论

(1)阳离子乳化沥青的最佳配比为:表面活性剂1.5%、SBS改性剂4%、聚乙烯醇0.4%、氯化钙0.2%,其蒸发残留物的弹性恢复大于70%,软化点大于70℃,是一种性能优越的改性乳化沥青,可用于道路粘层、微表处和建筑防水层等。

(2)表面活性剂掺量增大,会在一定范围内提高乳化效果,但同时会降低沥青的延度和弹性恢复,增加针入度。

(3)SBS改性剂的增加会提高乳化沥青蒸发残留物的软化点和弹性恢复,降低针入度,但对延度的影响规律无法预测。

(4)pH值对改性乳化沥青乳液的性质有较大影响,其机理与表面活性剂对沥青的影响相似。pH值对改性乳化沥青蒸发残留物软化点的影响机理尚不明确,有待进一步的研究。

参考文献

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[3]冯雷雷.改性乳化沥青的制备及性能[D].西安:西北大学,2009.

[4]张承红,李莉,杨郭.阳离子沥青乳化剂合成及乳化性能研究[J].应用化工,2006,35(8):605-627.

[5]Duane C,Alan J,Per R,et al.Chemical emission from asphalt emulsion applications[C].Florida USA:AEMA 27th Annual Conference,2000:1-7.