新型硫磺瀝青改性劑的制備及環保性能研究*

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(1 新疆應用職業技術學院石油與化學工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大學石油天然氣精細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保性能研究*

李國峰1，王琳娜1，陸江銀2

(1 新疆應用職業技術學院石油與化學工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大學石油天然氣精細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，并采用亞甲基藍分光光度法測定改性硫磺顆粒與瀝青反應過程中產生的H2S氣體釋放量，評價了H2S主抑制劑和協同抑制劑的抑制效果，確定了主抑制劑和協同抑制劑的種類以及用量，優化了H2S抑制劑的配方。結果表明：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抑制劑體現了優良的環保性能。

改性劑，硫磺，瀝青，主抑制劑，協同抑制劑

新疆地區氣候獨特，呈現冬冷夏熱、氣候干燥、日溫差較大、太陽輻射強等特點，瀝青路面容易出現車轍和推移病害[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，這對于仍處于經濟發展中的新疆地區尤為困難[4]。

硫磺具有提高瀝青質量的特性，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放出大量對人體有害的硫化氫氣體，使該技術的應用受到限制。

我國對硫磺瀝青路面的研究應用相對較晚，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，但總體上應用規模較小，研究也不夠系統全面，最關鍵的問題是對于硫化氫的抑制率始終不能達到令人滿意的結果。

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主抑制劑和協同抑制劑的抑制效果，確定了主抑制劑和協同抑制劑的種類以及含量，優化了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抑制劑的質量百分比為1%～10%。其中H2S主抑制劑的范圍為1%～9%，協同抑制劑的范圍為0～1%。

按事先計算好的比例，稱量一定數量的硫磺、增塑劑、H2S主抑制劑和協同抑制劑混合均勻置于反應容器中，然后將反應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過程中的H2S釋放量，選用不同種類的H2S抑制劑復配，使得H2S的釋放量滿足環保的要求，具體的技術路線如圖1所示。

1.2.2 H2S釋放量的測定

本實驗采用亞甲基藍分光光度法測定硫磺、改性硫磺顆粒與瀝青混合加熱產生的H2S氣體的釋放量，測試H2S主抑制劑和協同抑制劑的抑制效果，確定主抑制劑和協同抑制劑的種類以及用量，從而優化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 結果與討論

2.1 H2S主抑制劑的種類考察

根據硫磺與瀝青在反應過程中產生H2S的機理，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，質量百分比為2%，與硫磺進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1h(硫磺顆粒∶瀝青=2∶3)，同時測定反應過程中H2S的釋放量，測試結果如圖3所示。

由圖3可以看出，不論是在150℃還是在160℃的反應溫度下，主抑制劑A對H2S的抑制效果都要優于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格控制反應的溫度，當反應溫度低于150℃時，采用A作為H2S主抑制劑制備改性硫磺顆粒會表現出很好的環保性能。

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中已經確定將A作為H2S主抑制劑，現在來考察它的最佳含量，將A的含量分別設定為1%、2%、3%、4%，分別在150℃和160℃的溫度下與瀝青反應1h(硫磺顆粒∶瀝青=2∶3)，同時測定反應過程中H2S的釋放量，測試結果如圖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℃的反應溫度下，未加主抑制劑A時硫磺與瀝青反應過程中H2S的釋放量都要遠遠大于加入主抑制劑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，當A的含量超過3%時，H2S的釋放量基本趨于穩定，抑制效果不太明顯，這可能是由于A物質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協同抑制劑的種類考察

根據硫磺與瀝青在反應過程中產生H2S的機理，本實驗選用含量為3%的A物質作為主抑制劑，在此基礎上選用X、Y、Z三種物質(0.5%)作為協同抑制劑，與硫磺進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1h(硫磺顆粒∶瀝青=2∶3)，同時測定反應過程中H2S的釋放量，測試結果如圖5所示。

圖5 H2S的釋放量Fig.5 H2S release

由圖5可以看出，當反應溫度在150℃時，協同抑制劑Y和Z的抑制效果優于X，當反應溫度在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共同作為協同抑制劑與主抑制劑A進行復配制備復合型H2S抑制劑，以提高硫磺改性劑的環保性能。

2.4 H2S抑制劑的復配

以A物質作為主抑制劑，Y、Z作為協同抑制劑，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1h(硫磺顆粒∶瀝青=2∶3)，同時測定反應過程中H2S的釋放量，測試結果如圖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和協同抑制劑Y、Z進行復配制備三元型復合H2S抑制劑，與2.3中二元型復合H2S抑制劑相比，在反應溫度為150℃和160℃時均表現出了很好的抑制效果，其中，2號樣品的抑制效果表現最佳。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出明顯的H2S抑制效果。同時，少量的協同抑制劑在一定程度上可以較好的促進H2S的抑制效果。通過將最佳H2S主抑制劑A和最佳協同抑制劑Y、Z進行復配制備了三元型復合H2S抑制劑，極大地降低了H2S的釋放量，體現了優良的環保性能。

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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)；新疆應用職業技術學院科研啟動基金項目(XYZY2015YJ001)