一种多孔核壳净化改性剂、自净化改性沥青及制备方法

本发明属于道路材料，具体涉及一种多孔核壳结构净化改性剂、具备全寿命周期自净化功能的改性沥青及制备方法。

背景技术：

1、当前我国道路建设主要以沥青路面为主，而现阶段沥青路面建设与运营过程中仍存在一系列生态环保方面的技术难题，诸如：施工阶段热拌沥青混合料产生大量烟气污染环境、运营阶段沥青路面挥发性有害物及路域汽车尾气的排放污染大气等问题。为降低热拌沥青混合料的污染物排放量，国内外先后开展了部分热拌减排改性沥青及混合料技术的研究，其减排原理为在沥青中加入抑制剂、温拌剂或阻燃剂，将沥青改性使其减少沥青烟有害物的释放，但减排净化功效主要集中于沥青混合料拌合摊铺的建设阶段，而未实现沥青路面建设、运营及养护全寿命周期的减排净化，且路域范围内的汽车尾气也应实现减排净化。

技术实现思路

1、本发明提供了一种多孔核壳净化改性剂、自净化改性沥青及制备方法，解决了现有的改性沥青未实现全寿命周期减排净化功能的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多孔核壳净化改性剂，所述多孔核壳净化改性剂为球状蛋黄—蛋壳多孔结构，包括壳和位于壳中的核，所述壳为石墨炔/电气石负离子粉复合物，所述核为纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物构成，所述核与壳间具有空腔。

4、进一步的，壳上具有孔，所述孔的径为5～100nm。

5、一种多孔核壳净化改性剂的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤1，用纳米洋葱碳、yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物和亚酞菁制备纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物核；

7、步骤2，用纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物核和正硅酸乙酯溶液制备sio2外壳核壳微球溶液：

8、步骤3，用石墨炔、电气石负离子粉、碳酸钙粉末、分散剂ⅰ、分散剂ⅱ和sio2外壳核壳微球溶液制备米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2@石墨炔/电气石负离子粉复合物多孔核壳微球溶液；

9、步骤4，用米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2@石墨炔/电气石负离子粉复合物多孔核壳微球溶液制备纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@石墨炔/电气石负离子粉复合物多孔核壳结构净化剂；

10、所述步骤1至步骤4中，以重量份数计，电气石负离子粉100份、石墨炔45～55份、正硅酸乙酯20～25份，碳酸钙粉末3～5份、yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物20～30份、亚酞菁5～10份、纳米洋葱碳20～25份、分散剂ⅰ45～50份以及分散剂ⅱ35～40份。

11、进一步的，步骤1包括以下步骤：

12、步骤1.1、将yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物的去离子水溶液中加入正己烷，于室温反应，反应完成后滤出粉体，烘干、过筛，得到预处理的yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物；

13、步骤1.2，将预处理的yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物置于乙醇中，超声分散，形成纳米洋葱碳和yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物混合溶液；

14、步骤1.3，将纳米洋葱碳和yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物混合溶液球磨，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物复合物溶液；

15、步骤1.4，将亚酞菁置于乙醇中，得到亚酞菁溶液，将纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物复合物溶液加热，逐滴加入超声后的亚酞菁溶液中，加热至溶液挥发完毕，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物；

16、步骤1.5，将纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物烘干至恒重，取出干燥后的固体产物，经过研磨、过筛、分散、煅烧，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物核。

17、进一步的，步骤2包括以下步骤：

18、步骤2.1、将正硅酸乙酯置于乙醇中，得到正硅酸乙酯溶液；

19、步骤2.2，将纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物核置于乙醇中，超声分散，然后加入10wt.％～15wt.％氨水溶液并搅拌均匀，逐滴加入正硅酸乙酯溶液，于室温下搅拌均匀并在室温下陈化18～24h，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2核壳微球溶液；

20、步骤2.3，将纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2核壳微球溶液在170℃～175℃的条件下烧结1.5～2h，得到核壳微球，将高温烧结得到的核壳微球洗涤，最后将核壳微球置于乙醇溶液中得到sio2外壳核壳微球溶液。

21、进一步的，步骤3包括以下步骤：

22、步骤3.1、向电气石负离子粉的去离子水溶液中加入分散剂ⅰ，于室温反应，反应完成后滤出电气石负离子粉的粉体，将电气石负离子粉的粉体烘干，得到预处理后的电气石负离子粉；

23、步骤3.2，将石墨炔加入乙醇中并超声分散，得到石墨炔溶液，将电气石负离子粉加入到石墨炔溶液中并搅拌均匀，得到石墨炔/电气石负离子粉溶液；

24、步骤3.3，将石墨炔/电气石负离子粉溶液球磨，得到石墨炔/电气石负离子粉复合物溶液；

25、步骤3.4，将石墨炔/电气石负离子粉复合物溶液烘干得到固体产物a，将固体产物a研磨、过筛和分散，制得石墨烯/电气石负离子粉复合物粉末；

26、步骤3.5，向sio2外壳核壳微球溶液中加入石墨烯/电气石负离子粉复合物粉末与碳酸钙粉末搅拌均匀，滴加乙二醇并超声分散，得到sio2外壳核壳微球/石墨炔与电气石负离子粉复合物/碳酸钙混合溶液；

27、步骤3.6，将sio2外壳核壳微球/石墨炔与电气石负离子粉复合物/碳酸钙混合溶液球磨后烘干得到固体产物b，将固体产物b研磨、过筛和分散，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2@石墨炔/电气石负离子粉复合物/碳酸钙核壳微球；

28、步骤3.7，将纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2@石墨炔/电气石负离子粉复合物/碳酸钙核壳微球置于去离子水中并搅拌均匀，再加入10wt.％～15wt.％hcl溶液，于室温下反应，然后洗涤并置于离子水中，得到纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物@sio2@石墨炔/电气石负离子粉复合物多孔核壳微球溶液。

29、进一步的，以重量份数计，电气石负离子粉100份、石墨炔50份、正硅酸乙酯24份，碳酸钙粉末5份、yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物27份、亚酞菁8份、纳米洋葱碳23份、分散剂ⅰ48份以及分散剂ⅱ36份。

30、一种自净化改性沥青，以质量份数计，由以下原料制成：道路沥青为80～88份，净化改性剂为9～15份，偶联剂为3～5份，道路沥青、净化改性剂和偶联剂的质量份数之和为100份，所述净化改性剂为上述的净化改性剂。

31、进一步的，以质量份数计，道路沥青84份，净化改性剂12份，偶联剂4份。

32、一种自净化改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

33、加热道路沥青至160±5℃，将多孔核壳净化改性剂及硅烷偶联剂加入道路沥青中，搅拌均匀，得到自净化功能改性沥青；所述道路沥青为80～88份，净化改性剂为9～15份，偶联剂为3～5份，道路沥青、净化改性剂和偶联剂的质量份数之和为100份，所述净化改性剂为上述的净化改性剂。

34、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

35、(1)本发明制备的多孔核壳结构净化改性剂是一种类似蛋黄—蛋壳结构的净化剂，具有静电吸附力的表面多孔的外壳及微米级空腔反应器，能有效吸附沥青烟和汽车尾气，同时电气石负离子粉的永久极化效应和内核催化剂——纳米洋葱碳/yb2bisbo7/cdbiyo4异质结化合物/亚酞菁复合物的光催化降解能力可以有效解决传统吸附材料堵塞、饱和问题，实现道路全寿命周期污染物的吸附与降解净化。

36、(2)石墨炔与电气石负离子粉复合外壳凭借协同效应，具有强大的吸附沥青烟与尾气的能力。石墨炔具有较大的比表面积，能提供更多的吸附位，提升了吸附性能，同时还具有优异的电子传输能力，可以有效地促进电气石负离子粉电子和空穴的分离，增大表面静电场，有助于污染物被吸附至内腔；电气石负离子粉的负离子释放量为5000ions远高于传统的电气石，具有更强还原降解沥青烟及汽车尾气中污染物的能力。

37、内核催化剂与石墨炔/电气石负离子粉外壳凭借协同效应具有单一催化剂不具有的优势。催化剂内核是可移动核，当其与外壳接触时，电气石负离子粉的表面静电场可以使光电子通过具有优异电子运输能力的石墨炔定向输送至电气石负离子粉正极，从而促进了电子和空穴的快速分离，抑制了光生电子和空穴对复合，进而有效提高催化剂降解污染物的性能。

38、内核催化剂具有高效催化降解污染物能力。纳米洋葱碳具有良好的电子传导特性和大的比表面积，有利于光生电子的传递和增强催化剂的吸附性能，与异质结复合可以有效地避免光生电子-空穴对复合，延长载流子的寿命，从而提升材料的光催化性能。亚肽菁作为光敏剂可以增加光催化剂的波长响应范围，使体系可见光区响应性明显增强，且可有效分离光生载流子，提升催化剂光催化降解性能。

39、(3)蛋黄—蛋壳结构空腔可作为高效微米反应器，内部空间可用于污染物的存储，能有效的暴露核的活性位点，增加反应物与活性位点的接触时间，从而提高催化活性和传质效率，实现污染物大量吸附和高效降解净化。

40、(4)蛋壳不但有助于催化剂粒子分散，防止其聚集使催化剂活性表面积减小，还能保护内部催化剂粒子不受恶劣环境条件(化学和热)的影响，从而保持催化剂高效降解净化污染物的持久寿命。

41、(5)蛋黄—蛋壳结构的空腔有助于实现光在内腔中的多次反射，有效地延长光的作用时间，从而有利于提高光催化效率。