本发明涉及一种道路净化材料及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济发展水平的快速提高，我们的生活环境遭到了极大的破坏，特别是空气污染。然而造成城市空气污染的主要原因之一就是机动车废气的排放，汽车给人们的出行带来了极大的方便，但同时其尾气排放造成的污染也日趋严重，严重威胁着空气环境与人类的健康。
tio2催化分解汽车尾气沥青路面材料研究对于实现道路对汽车尾气的催化分解，降低汽车尾气对大体的污染，减少汽车尾气对人体的危害具有一定的积极意义，同时该研究对于推进环保型道路的发展具有一定的开拓意义。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种道路净化材料及其制备方法，其利用纳米二氧化钛作为光催化剂，对空气中的污染物进行催化分解。
为达到以上目的，本发明提供一种道路净化材料，包括以下重量份的组分：基质沥青100～150份、纳米二氧化钛5～10份、纳米氧化锌2～5份、分散剂0.1～1份、ph调节剂0.05～0.2份、乳化剂2～5份、稳定剂0～2份、消泡剂1～6份以及高纯水60～90份。
优选地，所述纳米二氧化钛为al、n共掺杂的改性纳米二氧化钛粒子，其制备方法包括以下步骤：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下搅拌配制成质量百分浓度为40％～50％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铝和硝酸铵加入步骤(1)得到的混合液中，室温下搅拌，反应3～5小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，并干燥；
(4)将干燥后的产物于200℃～400℃下焙烧3～5小时，得到al、n共掺杂的改性纳米二氧化钛粒子。
优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠中的一种或两种。所述ph调节剂为盐酸。所述乳化剂为以下一种或多种：xt-r4l型乳化剂、xt-r4m型乳化剂、xt-a3型乳化剂、xt-a4型乳化剂。所述稳定剂为以下一种或多种：k-25、k-30、k-40。所述消泡剂为乙醇和异丙醇中的一种或两种的组合。
本发明还提供一种道路净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将100～150质量份的基质沥青加热到150℃～180℃，然后由高速剪切仪以5000～7500r/min的转速剪切0.5～3小时，然后置于150℃～180℃的环境箱中发育0.5～1小时；
(二)向60～90质量份的高纯水中分别加入2～5质量份的纳米氧化锌、0.1～1质量份的分散剂、0.05～0.2质量份的ph调节剂、2～5质量份的乳化剂、0～2质量份的稳定剂、1～6质量份的消泡剂以及5～10质量份的纳米二氧化钛，然后由高速剪切仪以8000～12000r/min的转速剪切3～6小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(一)得到的基质沥青缓慢加入步骤(二)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以8000～15000r/min的转速剪切2～6小时，得到所述道路净化材料。
优选地，步骤(二)中的所述纳米二氧化钛为al、n共掺杂的改性纳米二氧化钛粒子。
本发明的上述实施例的有益效果在于：将纳米氧化锌与纳米二氧化钛离子复配，二者产生协同作用，有利于扩大光催化的光谱响应范围，进而提高了材料整体的净化性能，同时纳米氧化锌具有防紫外线功能，有利于延长所述道路净化材料的使用寿命；将金属al和非金属n元素引入到tio2晶格中，可在其禁带中引入杂质能级，减小禁带宽度，从而实现tio2纳米粒子的光谱响应范围向可见光区移动，提高了tio2的可见光吸附和可见光光催化性能；在改性纳米二氧化钛制备时，以环保的酸性离子液体为溶剂，离子液体电离出的h+可使得水解反应逆向进行，抑制了水解，水解反应将变慢，生成了分散性好、比表面积大、催化性能优异的纳米二氧化钛粒子。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例采用的化学试剂均为市购：基质沥青为壳牌90#基质沥青；纳米氧化锌购自株洲市众乐化工有限责任公司；k-25、k-30和k-40购自南京瑞泽精细化工有限公司；xt-r4l、xt-r4m、xt-a3和xt-a4型乳化剂购自常州信拓路面改性材料有限公司；六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠购自济南鑫旺化工有限公司；市售tio2购自上海依夫实业有限公司。
实施例1
al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子按照以下步骤制备：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下以600r/min的转速搅拌，配制成质量百分浓度为40％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铝和硝酸铵加入步骤(1)得到的混合液中，室温下以400r/min的转速搅拌反应5小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，于60℃的鼓风干燥箱中干燥6小时；
(4)将干燥后的产物于马弗炉中在200℃下焙烧5小时，得到al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子。
道路清洁材料按照以下步骤制备：
(一)将100质量份的基质沥青加热到180℃，然后由高速剪切仪以5000r/min的转速剪切3小时，然后置于180℃的环境箱中发育0.5小时；
(二)向60质量份的高纯水中分别加入2质量份的纳米氧化锌、0.1质量份的分散剂、0.05质量份的ph调节剂、2质量份的乳化剂、1质量份的消泡剂以及10质量份的al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子，然后由高速剪切仪以8000r/min的转速剪切6小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(1)得到的基质沥青缓慢加入步骤(2)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以8000r/min的转速剪切6小时，得到所述道路净化材料。
实施例2
al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子按照以下步骤制备：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下以800r/min的转速搅拌，配制成质量百分浓度为50％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铝和硝酸铵加入步骤(1)得到的混合液中，室温下以600r/min的转速搅拌反应3小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，于120℃的鼓风干燥箱中干燥2小时；
(4)将干燥后的产物于马弗炉中在400℃下焙烧3小时，得到al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子。
道路清洁材料按照以下步骤制备：
(一)将150质量份的基质沥青加热到180℃，然后由高速剪切仪以7500r/min的转速剪切3小时，然后置于180℃的环境箱中发育1小时；
(二)向90质量份的高纯水中分别加入3质量份的纳米氧化锌、1质量份的分散剂、0.2质量份的ph调节剂、5质量份的乳化剂、2质量份的稳定剂、6质量份的消泡剂以及10质量份的al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子，然后由高速剪切仪以12000r/min的转速剪切3小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(1)得到的基质沥青缓慢加入步骤(2)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以15000r/min的转速剪切4小时，得到所述道路净化材料。
实施例3
al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子按照以下步骤制备：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下以800r/min的转速搅拌，配制成质量百分浓度为50％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铝和硝酸铵加入步骤(1)得到的混合液中，室温下以600r/min的转速搅拌反应3小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，于120℃的鼓风干燥箱中干燥2小时；
(4)将干燥后的产物于马弗炉中在400℃下焙烧3小时，得到al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子。
道路清洁材料按照以下步骤制备：
(一)将100质量份的基质沥青加热到150℃，然后由高速剪切仪以7500r/min的转速剪切3小时，然后置于150℃的环境箱中发育0.5小时；
(二)向60质量份的高纯水中分别加入5质量份的纳米氧化锌、0.1质量份的分散剂、0.05质量份的ph调节剂、2质量份的乳化剂、1质量份的稳定剂、2质量份的消泡剂以及5质量份的al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子，然后由高速剪切仪以12000r/min的转速剪切3小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(1)得到的基质沥青缓慢加入步骤(2)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以15000r/min的转速剪切2小时，得到所述道路净化材料。
对比例1：道路清洁材料的制备方法同实施例2，制备原料中不添加纳米二氧化钛以及纳米氧化锌。
对比例2
n掺杂纳米二氧化钛粒子按照以下步骤制备：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下以800r/min的转速搅拌，配制成质量百分浓度为50％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铵加入步骤(1)得到的混合液中，室温下以600r/min的转速搅拌反应3小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，于120℃的鼓风干燥箱中干燥2小时；
(4)将干燥后的产物于马弗炉中在400℃下焙烧3小时，得到n掺杂纳米二氧化钛粒子。
道路清洁材料按照以下步骤制备：
(一)将150质量份的基质沥青加热到180℃，然后由高速剪切仪以7500r/min的转速剪切3小时，然后置于180℃的环境箱中发育1小时；
(二)向90质量份的高纯水中分别加入3质量份的纳米氧化锌、1质量份的分散剂、0.2质量份的ph调节剂、5质量份的乳化剂、2质量份的稳定剂、6质量份的消泡剂以及10质量份的n掺杂纳米二氧化钛粒子，然后由高速剪切仪以12000r/min的转速剪切3小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(1)得到的基质沥青缓慢加入步骤(2)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以15000r/min的转速剪切4小时，得到所述道路净化材料。
对比例2与实施例2的不同之处在于，纳米二氧化钛中未掺杂al，只掺杂了n。
对比例3
al掺杂纳米二氧化钛粒子按照以下步骤制备：
(1)将钛酸四丁酯缓慢加入离子液体1-甲基-3-丙烷磺酸咪唑溴盐中，在室温下以800r/min的转速搅拌，配制成质量百分浓度为50％的混合液；
(2)将与所述钛酸四丁酯相同质量的硝酸铝加入步骤(1)得到的混合液中，室温下以600r/min的转速搅拌反应3小时；
(3)步骤(2)反应结束后，过滤洗涤沉淀物，于120℃的鼓风干燥箱中干燥2小时；
(4)将干燥后的产物于马弗炉中在400℃下焙烧3小时，得到al、n共掺杂纳米二氧化钛粒子。
道路清洁材料按照以下步骤制备：
(一)将150质量份的基质沥青加热到180℃，然后由高速剪切仪以7500r/min的转速剪切3小时，然后置于180℃的环境箱中发育1小时；
(二)向90质量份的高纯水中分别加入3质量份的纳米氧化锌、1质量份的分散剂、0.2质量份的ph调节剂、5质量份的乳化剂、2质量份的稳定剂、6质量份的消泡剂以及10质量份的al掺杂纳米二氧化钛粒子，然后由高速剪切仪以12000r/min的转速剪切3小时，形成悬浊液；
(三)将步骤(1)得到的基质沥青缓慢加入步骤(2)得到的悬浊液中，并由高速剪切仪以15000r/min的转速剪切4小时，得到所述道路净化材料。
对比例3与实施例2的不同之处在于，纳米二氧化钛中未掺杂n，只掺杂了al。
对比例4：道路清洁材料的制备方法同实施例2，只是步骤(二)制备原料中不添加纳米二氧化钛。
对比例5：道路清洁材料的制备方法同实施例2，只是步骤(二)制备原料中不添加纳米氧化锌
将实施例1-3以及对比例1-5制备的道路净化材料均匀涂于ogfc沥青混合料车辙板上，自然固结后测试车辙板的尾气降解性能，模拟实际沥青路面对汽车尾气降解性能，以降解率作为沥青路面对尾气降解性能的评价指标，降解率/％＝(尾气初始浓度-4小时后浓度)/尾气初始浓度。按照gb/t1723-1993粘度测定法测试流动性。按照gb/t9286-1998测试附着力性能，比较分级从而确定附着力等级。按照gb/t1733-1993测试耐水性，测试时间240h，测试后若材料无气泡、不皱皮、不脱落即为合格。表1显示了各实施例和对比例以上性能的测试结果。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。