基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗研究

摘 要：現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展不僅給人類帶來巨大的財富，也給人類提供了一個居住的地方，而全球環(huán)境帶來了致命污染，其中最主要的就是來自汽車尾氣的影響，目前汽車尾氣污染已成為世界各國亟待解決的問題之一，現(xiàn)有治理措施主要集中在強制控制機動車排氣系統(tǒng)的改進上，然而，這些方法在實踐中都存在一些難題。本文旨在研究一種環(huán)保型納米材料，通過對可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料研究，能夠分析在低溫條件下對汽車尾氣的降解效果，以及汽車在寒區(qū)道路上的適用性，為促進汽車而對發(fā)展提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：可降解汽車尾氣 環(huán)保型 路面材料 低溫試驗

Abstract：The development of modern industry not only brings great wealth to mankind， but also provides a place for mankind to live. The global environment has brought fatal pollution， the most important of which is the impact of automobile exhaust. At present， automobile exhaust pollution has become one of the urgent problems to be solved all over the world. The existing treatment measures mainly focus on the improvement of forced control of motor vehicle exhaust system. However， these methods have some problems in practice. This paper aims to study an environmentally friendly nano material. Through the study of environmentally friendly pavement materials that can degrade automobile exhaust， we can analyze the degradation effect of automobile exhaust under low temperature conditions and the applicability of automobile on roads in cold areas， so as to provide some help for the development of automobile.

Key words：degradable automobile exhaust， environmental protection， pavement materials， low temperature test

1 引言

汽車尾氣是當(dāng)前大氣污染的重要來源，將導(dǎo)致瀝青路面材料的老化和路面適用性能的惡化，近年來，有關(guān)可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料的使用已成為汽車尾氣模擬的研究熱點。目前，人們越來越重視環(huán)境改善，汽車產(chǎn)業(yè)是許多發(fā)達國家的支柱產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展不僅給人們帶來了便捷的交通，也促進了經(jīng)濟的發(fā)展，但汽車排放的尾氣成分很復(fù)雜，包括數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)，其中氮氧化物和一氧化碳很嚴(yán)重，人們長期暴露在汽車尾氣中，可以直接刺激人體呼吸道，降低呼吸系統(tǒng)的免疫力，汽車尾氣會嚴(yán)重污染周圍的大氣和土壤，從而造成溫室效應(yīng)、酸雨和城市光化學(xué)污染。

2 基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗儀器的制備

在城市發(fā)展期間，汽車尾氣造成的空氣污染通常集中在繁忙的道路和城市交通疏導(dǎo)程度上，在高海拔地區(qū)，由于城市空氣流動通常很慢，汽車尾氣排放也很低，排放效應(yīng)相對較弱，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)老化、清理、松動等病害時，需要進行預(yù)養(yǎng)護，而在養(yǎng)護期間，由于道路使用強度高，施工工期緊張，因此，不適合采用高溫瀝青養(yǎng)護措施，如果采用標(biāo)準(zhǔn)溫度分布類型，則容易導(dǎo)致材料與原路面瀝青之間附著力不足，無法實現(xiàn)耐久性保修[1]。同時，本試驗的氣體分解反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)，會產(chǎn)生一些新物質(zhì)，因此，反應(yīng)室必須由不易與試劑和產(chǎn)品反應(yīng)的材料組成，可以選擇透光性好、塑性強的亞柵板，并初步觀察汽車尾氣的光催化降解，即氣體的濃度變化趨勢，在試驗之前，必須測試反應(yīng)室的壓實度，通常情況下，汽車排氣必須從進氣口引入，汽車排氣探頭延伸至排氣口處的反應(yīng)室，氣體引入后檢測試驗箱中氣體濃度的變化，從數(shù)據(jù)可以看出，具備剛性好的特點，能夠滿足密封要求。

3 基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗儀器的選擇

基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗儀器主要有模擬太陽光和紫外線強度探測器，由于太陽光中紫外線的照射，納米材料會發(fā)生光催化反應(yīng)，因此，在試驗中紫外線是選擇光源的關(guān)鍵內(nèi)容，而在太陽光中，在環(huán)保型路面材料涉及到的紫外線含量約占總紫外線的95%-98%，當(dāng)超短紫外線穿過大氣層時，大部分被臭氧層吸收，因此，可以選擇與上述條件相似的模擬陽光，主要模擬陽光中的紫外線，該紫外線通常為300-400nm，最終確定模擬燈的型號，本次試驗所使用模擬燈的型號為歐司朗300W氙氣燈[2]。同時，根據(jù)紫外線光波的強度和長度，選擇合適的紫外線光度計，用于測量紫外線含量，一般情況下，紫外檢測器光譜范圍為290nm-390nm，為了能夠更好地確定模擬熒光燈與卷軸板之間的距離，試驗可以在上午進行，因為在上午5點-10點之間，紫外線強度在最適合的范圍之內(nèi)，經(jīng)由相關(guān)試驗可知，需要確定模擬陽光和常規(guī)板之間的距離處于最佳范圍內(nèi)，具體范圍以200mm為宜，試驗裝置如圖1所示。

4 基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗過程

本文在基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗期間，需研究納米材料的選擇與制備，本次試驗所選擇的納米材料為銳鈦礦，并將其作為光催化劑進行試驗，粒徑為25nm。具體降解操作首先應(yīng)準(zhǔn)備好混凝土模板瀝青試件，其瀝青試件的尺寸應(yīng)該在300mm內(nèi)，并制備合適的漿料，本次制備了平均粒徑為25nm的銳鈦礦型納米漿料，其含量為10%;其次，應(yīng)在試驗過程期間，設(shè)置好環(huán)保型路面材料后用水沖洗干燥板，然后使用風(fēng)扇將其吹干，確保其處于干燥狀態(tài)下，根據(jù)以往的資料將納米材料噴灑在模板表面，將其干燥10h，干燥后放入反應(yīng)室;最后需要將試樣放入低溫室，確保試驗室的溫度應(yīng)保持恒定，時間以5小時以上為宜，并打開試驗系統(tǒng)的溫度控制器，然后設(shè)置需要設(shè)置的試驗溫度，直到溫度恒定后才可以將試樣取出，試樣應(yīng)該快速從培養(yǎng)箱中取出，這樣可以避免試樣受到外界影響，取出后將其放置在試驗箱的指定位置，等待試驗測試的結(jié)果，本次試驗的結(jié)果證明系統(tǒng)溫度是恒定的[3]。此外，根據(jù)試驗照明要求，操作人員需要打開相應(yīng)的模擬陽光，主要以氙氣燈為主，并使用紫外線強度檢測器測量紫外線的強度，當(dāng)測試后發(fā)現(xiàn)紫外線強度并不滿足要求時，就可以通過改變滾動板與氙燈之間的距離有效將紫外線的強度改變，這樣可以促使其達到標(biāo)準(zhǔn)的值，然后使用軟管將汽車排氣管與反應(yīng)室的進氣口處相連接，插入排氣探頭檢測幾種氣體的濃度后將尾氣檢測器打開，通過尾氣檢測器的吸入裝置能夠?qū)怏w吸入反應(yīng)室，這樣能夠便于觀察氣體濃度變化，提取汽車排氣檢測器后應(yīng)該將輸入和輸出空氣量做好準(zhǔn)備，然后打開氙氣燈開始試驗[4]。

5 基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗結(jié)果

通過本次試驗研究可知，基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗?zāi)軌蛴行Й@得低溫條件下的納米對汽車尾氣的降解效果，在低溫的試驗下具有一定的作用，能夠?qū)⑵囄矚庥行Ы到?，從而確保路面可以在低溫條件仍保持一定作用，本次試驗主要選用-5℃、-10℃和-15℃溫度進行具體試驗，在試驗期間需要注意的是，數(shù)據(jù)采集的時間不可以在同一狀態(tài)下，而應(yīng)該在10min后進行下一次數(shù)據(jù)采集，這樣可以有效測定各氣體之間存在的濃度與數(shù)值變化情況，本次研究以-5℃與-10℃溫度為例進行分析，分析后的氣體濃度變化如圖2、圖3所示，經(jīng)由圖2與圖3試驗之后可以發(fā)現(xiàn)，雖然平行試驗仍會存在一定誤差出現(xiàn)，但是卻可以呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律以及相同的變化趨勢，因此，可以證實可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料在低溫下有著一定的使用價值[5]。

6 結(jié)束語

總之，通過本次研究可以發(fā)現(xiàn)，基于可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗主要采用的材料是納米材料，納米材料的使用可以在低溫下降低汽車排氣的質(zhì)量，有效降低空氣污染的可能性，并通過低溫試驗的方式可以選擇一種適用于寒冷地區(qū)的道路材料。本試驗通過將可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面納米材料添加到瀝青混合料中，并根據(jù)超薄層覆蓋系統(tǒng)的設(shè)計模式預(yù)測其比例，可知，最佳瀝青用量約為4.7%，添加降解汽車尾氣材料在產(chǎn)生期間并不會影響瀝青混合料路用性能，經(jīng)由試驗后環(huán)保型路面已經(jīng)使用一年多，目前狀況仍良好，添加基于納米的光催化材料后，環(huán)保型瀝青混凝土路面可以有效降解汽車尾氣。

參考文獻：

[1]楊揚，劉海蘋，羅軍堯，等.可降解汽車尾氣的環(huán)保型路面材料低溫試驗[J].交通科技與經(jīng)濟，2019，21（06）：45-48.

[2]裴建中，王彥淞，朱春東，等.汽車尾氣路面凈化材料研究進展與思考[J].中國公路學(xué)報，2019，32（04）：96-108.

[3]蔡碩果，徐世法，楊揚，等.可降解汽車尾氣的環(huán)保型瀝青路面研發(fā)及應(yīng)用[J].工程與建設(shè)，2020，34（05）：204-207.

[4]郭大江.基于低溫等離子體的汽車尾氣凈化技術(shù)研究[D].重慶理工大學(xué)，2020，23（12）：22-26.

[5]楊金山，李思才.一種基于可降解材料的環(huán)保型顯示裝置[P].2020，6（3）：11-16.

作者簡介

曲曉紅：（1991—），女，漢族，吉林長春人，研究生，講師。研究方向：汽車發(fā)展。