，，

(1 新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大學(xué)石油天然氣精細(xì)化工教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046)

新型硫磺瀝青改性劑的制備及環(huán)保性能研究*

李國峰1，王琳娜1，陸江銀2

(1 新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大學(xué)石油天然氣精細(xì)化工教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046)

自主制備了新型硫磺瀝青改性劑，并采用亞甲基藍(lán)分光光度法測定改性硫磺顆粒與瀝青反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H2S氣體釋放量，評價了H2S主抑制劑和協(xié)同抑制劑的抑制效果，確定了主抑制劑和協(xié)同抑制劑的種類以及用量，優(yōu)化了H2S抑制劑的配方。結(jié)果表明：H2S抑制劑的最佳配方為3%A+0.8%Y+0.2%Z，在最佳配方下，H2S抑制劑體現(xiàn)了優(yōu)良的環(huán)保性能。

改性劑，硫磺，瀝青，主抑制劑，協(xié)同抑制劑

新疆地區(qū)氣候獨特，呈現(xiàn)冬冷夏熱、氣候干燥、日溫差較大、太陽輻射強(qiáng)等特點，瀝青路面容易出現(xiàn)車轍和推移病害[1-3]。

通常的方法采用SBS或PE以及橡膠粉改性瀝青。但是，這些材料的價格在飛速增長，這對于仍處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的新疆地區(qū)尤為困難[4]。

硫磺具有提高瀝青質(zhì)量的特性，價格非常低廉，可考慮把硫磺作為瀝青改性劑[5-6]。但是，在高溫下硫磺可與瀝青反應(yīng)放出大量對人體有害的硫化氫氣體，使該技術(shù)的應(yīng)用受到限制。

我國對硫磺瀝青路面的研究應(yīng)用相對較晚，直到 2000年才在天津和黑龍江修筑了硫磺改性瀝青試驗路[7-10]，并取得了良好的效果，但總體上應(yīng)用規(guī)模較小，研究也不夠系統(tǒng)全面，最關(guān)鍵的問題是對于硫化氫的抑制率始終不能達(dá)到令人滿意的結(jié)果。

本文通過在硫磺中添加H2S抑制劑自主制備了新型硫磺瀝青改性劑，評價了H2S主抑制劑和協(xié)同抑制劑的抑制效果，確定了主抑制劑和協(xié)同抑制劑的種類以及含量，優(yōu)化了H2S抑制劑的配方。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及材料

1.1.1 實驗儀器

表1 主要實驗儀器Table 1 The main experimental instruments

1.1.2 實驗材料

表2 主要實驗材料Table 2 The main experimental materials

1.2 實驗內(nèi)容

1.2.1 硫磺瀝青改性劑的制備

在該硫磺顆粒中硫磺的質(zhì)量百分比在80%～100%之間變化，最適宜的范圍是90%～99%，此時H2S抑制劑的質(zhì)量百分比為1%～10%。其中H2S主抑制劑的范圍為1%～9%，協(xié)同抑制劑的范圍為0～1%。

按事先計算好的比例，稱量一定數(shù)量的硫磺、增塑劑、H2S主抑制劑和協(xié)同抑制劑混合均勻置于反應(yīng)容器中，然后將反應(yīng)容器置于恒溫油浴鍋中加熱熔融磁力攪拌1h，然后將混合液體以均勻的流速倒入冷水盆中，即可制得改性硫磺顆粒。

圖1 改性硫磺顆粒的制備技術(shù)路線Fig.1 The technical route for preparation of modified sulfur particles

通過測定改性硫磺顆粒與瀝青在反應(yīng)過程中的H2S釋放量，選用不同種類的H2S抑制劑復(fù)配，使得H2S的釋放量滿足環(huán)保的要求，具體的技術(shù)路線如圖1所示。

1.2.2 H2S釋放量的測定

本實驗采用亞甲基藍(lán)分光光度法測定硫磺、改性硫磺顆粒與瀝青混合加熱產(chǎn)生的H2S氣體的釋放量，測試H2S主抑制劑和協(xié)同抑制劑的抑制效果，確定主抑制劑和協(xié)同抑制劑的種類以及用量，從而優(yōu)化H2S抑制劑的配方。

本實驗采用自制的H2S吸收裝置測試反應(yīng)過程中H2S的釋放量，吸收裝置如圖2所示。

圖2 測定H2S釋放量的吸收裝置示意圖Fig.2 The sketch map of absorption device for determination of H2S release

2 結(jié)果與討論

2.1 H2S主抑制劑的種類考察

根據(jù)硫磺與瀝青在反應(yīng)過程中產(chǎn)生H2S的機(jī)理，本實驗選用了不同類型的H2S抑制劑A、B、C三種作為主抑制劑，質(zhì)量百分比為2%，與硫磺進(jìn)行混合制備硫磺瀝青改性顆粒。分別在150℃和160℃的溫度下與瀝青反應(yīng)1h(硫磺顆?！脼r青=2∶3)，同時測定反應(yīng)過程中H2S的釋放量，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，不論是在150℃還是在160℃的反應(yīng)溫度下，主抑制劑A對H2S的抑制效果都要優(yōu)于B和C，因此可以將A作為本實驗中的H2S主抑制劑。

通過比較圖3(a)和圖3(b)中H2S的釋放量，很明顯得知溫度是影響H2S排放的一個非常重要的因素，反應(yīng)溫度在160℃時H2S的釋放量是150℃時的15倍左右，H2S主抑制劑在150℃的抑制效果明顯好于160℃的抑制效果。因此，在瀝青改性過程中必須嚴(yán)格控制反應(yīng)的溫度，當(dāng)反應(yīng)溫度低于150℃時，采用A作為H2S主抑制劑制備改性硫磺顆粒會表現(xiàn)出很好的環(huán)保性能。

圖3 H2S的釋放量Fig.3 H2S release

2.2 H2S主抑制劑的含量考察

在2.1中已經(jīng)確定將A作為H2S主抑制劑，現(xiàn)在來考察它的最佳含量，將A的含量分別設(shè)定為1%、2%、3%、4%，分別在150℃和160℃的溫度下與瀝青反應(yīng)1h(硫磺顆?！脼r青=2∶3)，同時測定反應(yīng)過程中H2S的釋放量，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 H2S的釋放量Fig.4 H2S release

由圖4可以看出，不論是在150℃還是在160℃的反應(yīng)溫度下，未加主抑制劑A時硫磺與瀝青反應(yīng)過程中H2S的釋放量都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加入主抑制劑A時H2S的釋放量，這說明主抑制劑A有非常明顯的H2S抑制效果。同時，隨著主抑制劑A含量的增大，H2S抑制效果逐漸增強(qiáng)，當(dāng)A的含量超過3%時，H2S的釋放量基本趨于穩(wěn)定，抑制效果不太明顯，這可能是由于A物質(zhì)在硫磺分子中分散不夠均勻造成的。考慮到H2S抑制劑的成本以及改性瀝青的性能，選用最佳A的含量為3%。

2.3 H2S協(xié)同抑制劑的種類考察

根據(jù)硫磺與瀝青在反應(yīng)過程中產(chǎn)生H2S的機(jī)理，本實驗選用含量為3%的A物質(zhì)作為主抑制劑，在此基礎(chǔ)上選用X、Y、Z三種物質(zhì)(0.5%)作為協(xié)同抑制劑，與硫磺進(jìn)行混合制備硫磺瀝青改性顆粒。分別在150℃和160℃的溫度下與瀝青反應(yīng)1h(硫磺顆粒∶瀝青=2∶3)，同時測定反應(yīng)過程中H2S的釋放量，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 H2S的釋放量Fig.5 H2S release

由圖5可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度在150℃時，協(xié)同抑制劑Y和Z的抑制效果優(yōu)于X，當(dāng)反應(yīng)溫度在160℃時，抑制效果并不明顯。為此，為了提高H2S的抑制效果，本實驗考慮將Y和Z共同作為協(xié)同抑制劑與主抑制劑A進(jìn)行復(fù)配制備復(fù)合型H2S抑制劑，以提高硫磺改性劑的環(huán)保性能。

2.4 H2S抑制劑的復(fù)配

以A物質(zhì)作為主抑制劑，Y、Z作為協(xié)同抑制劑，分別制備編號為1、2、3的三種樣品。其中，樣品1為：3%A+0.5%Y+0.5%Z；樣品2為：3%A+0.8%Y+0.2%Z；樣品3為：3%A+0.2%Y+0.8%Z。將三種樣品分別在150℃和160℃的溫度下與瀝青反應(yīng)1h(硫磺顆?！脼r青=2∶3)，同時測定反應(yīng)過程中H2S的釋放量，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 H2S的釋放量Fig.6 H2S release

由圖6可以看出，將主抑制劑A和協(xié)同抑制劑Y、Z進(jìn)行復(fù)配制備三元型復(fù)合H2S抑制劑，與2.3中二元型復(fù)合H2S抑制劑相比，在反應(yīng)溫度為150℃和160℃時均表現(xiàn)出了很好的抑制效果，其中，2號樣品的抑制效果表現(xiàn)最佳。為此，最終確定的H2S抑制劑的配方為：3%A+0.8%Y+0.2%Z。

3 結(jié)論

本實驗自主制備了新型硫磺瀝青改性劑，一定含量的主抑制劑表現(xiàn)出明顯的H2S抑制效果。同時，少量的協(xié)同抑制劑在一定程度上可以較好的促進(jìn)H2S的抑制效果。通過將最佳H2S主抑制劑A和最佳協(xié)同抑制劑Y、Z進(jìn)行復(fù)配制備了三元型復(fù)合H2S抑制劑，極大地降低了H2S的釋放量，體現(xiàn)了優(yōu)良的環(huán)保性能。

[1] 王顯赫，陳發(fā)明.新疆瀝青路面反射裂縫病例分析及防治[J]. 交通科技與經(jīng)濟(jì)，2013，15(3)：4-6.

[2] 崔劉記，馮立群. 新疆地區(qū)新型硫磺改性瀝青技術(shù)可行性分析[J]. 交通科技與經(jīng)濟(jì)，2014，16(5)：70-73.

[3] 韓昭. 新疆地區(qū)高等級公路瀝青路面車轍成因分析研究[D]. 長安大學(xué)，2010.

[4] 王廷國.廢膠粉改性瀝青及瀝青混合料的研究[D]. 吉林大學(xué)，2005.

[5] 雷云貴.Thiopave 改性溫拌技術(shù)在成渝高速公路上的應(yīng)用[J]. 西南公路，2010(1)：12-14.

[6] De Filippis P，Giavarini C，Santarelli M L. Sulphur-extended as-phalt：reaction kinetics of H2S Evolution[J]. Fuel，1998，77 (5)：459-463.

[7] 陳瑛. SEAM 瀝青混合料添加劑的發(fā)展歷史[J].中國公路，2006(16)：8-11.

[8] 劉勁夫. 硫磺瀝青混凝土應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 東南大學(xué)，2003.

[9] 錢鵬，喬海濱，馬全紅.改性硫磺顆粒的制備及其改性瀝青路用性能的研究[J]. 東南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，39(3)：592-597.

[10] 楊錫武，劉克. 硫改性瀝青機(jī)理分析[J]. 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，1(3)：43-47.

TheStudyonPreparationandEnvironmentalProtectionPerformanceofNewSulfurAsphaltModifier

LI Guo-feng1，WAN Lin-na1，LU Jiang-yin2

(1 Department of Petro and Chemical Engineering，Xinjiang Vocational and Technical College of Application，Kuitun 833200，Xinjiang，China；2 Key Laboratory of Oil & Gas Fine Chemicals，Ministry of Education，Xinjiang University，Urumqi 830046，Xinjiang，China)

In this paper，a new type of sulfur asphalt modifier was prepared. And methylene blue spectrophotometric method was used to determine the amount of H2S which were released in the reaction of modified sulfur particles and asphalt. We evaluated the inhibitory effects of major inhibitors and synergistic inhibitors of H2S and determined their species and dosage. Finally the formulation of the H2S inhibitor was optimized. The results showed that the optimum formulation of H2S inhibitor was 3%A+0.8%Y+0.2%Z，and the inhibitor showed excellent environmental protection performance under this optimum formulation.

modifier，sulfur，asphalt，major inhibitor，synergistic inhibitor

TU 535

新疆奎屯市科技計劃項目(201604)；新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研啟動基金項目(XYZY2015YJ001)