廢油再生瀝青研究進(jìn)展綜述

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

引言

作為GDP總量排名世界第二的大國，我國每年在工業(yè)生產(chǎn)、餐飲等行業(yè)產(chǎn)生大量的廢油，在2015年僅廢食用油一項(xiàng)就高達(dá)450×104t，因此對廢油的回收利用也引起了科研人員的廣泛關(guān)注，夏澤沛等[1]研究發(fā)現(xiàn)廢油可以用作老化瀝青再生劑，為開發(fā)廉價(jià)高效的老化瀝青再生劑提供了新思路，本文將對各種廢油再生劑做可行性分析，并就再生效果進(jìn)行全面總結(jié)。

一、廢油種類及特點(diǎn)

(一)廢食用油。廢食用油(Waste Cooking Oil，WCO)是指食品加工中產(chǎn)生的廢棄油脂，主要包括餐飲廢油和地溝油，其化學(xué)性質(zhì)見表1[2]。首先，廢食用油的必需脂肪酸和維生素幾乎全部破壞而且產(chǎn)生的丙烯醛等有毒物質(zhì)還會(huì)對人體健康造成傷害[3]；其次，據(jù)統(tǒng)計(jì)1kg廢棄油脂將會(huì)造成15000m2水面的污染，若不經(jīng)特殊處理直接排放到江河湖泊中會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化[4]。

表1 廢棄食用油的自由脂肪酸種類及含量

(二)廢機(jī)油。廢機(jī)油(Waste Engine Oil，WEO)是指在使用后混入了水分、灰塵、其他雜油和機(jī)件磨損產(chǎn)生的金屬粉末等雜質(zhì)的機(jī)油，其化學(xué)性質(zhì)見表2。相比廢食用油，廢機(jī)油中含有大量重金屬元素，因而對環(huán)境危害更大。

表2 廢機(jī)油的化學(xué)性質(zhì)

(三)生物柴油殘?jiān)＝刂鼓壳盀橹梗覈脧U食用油制備生物柴油的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了巨大突破,其酯化率從86.89%提升到95.86%，剩下的部分即為生物柴油殘?jiān)湮锢硇再|(zhì)見表4。其性質(zhì)跟瀝青類似，但通常被當(dāng)成廢料直接廢棄。

表4 生物柴油殘?jiān)锢硇再|(zhì)

二、瀝青老化機(jī)理及再生可行性分析

從組分調(diào)和理論分析，可將瀝青再生看作是瀝青老化的逆反應(yīng)，若能在老化瀝青中補(bǔ)充芳香分和膠質(zhì)等成分，使老化瀝青中各組分重新匹配，就可實(shí)現(xiàn)老化瀝青再生。而廢食用油的主要成分是甘油三酯，廢機(jī)油主要包括有機(jī)酸、膠質(zhì)。從化學(xué)組分角度看，廢機(jī)油、廢食用油用來再生老化瀝青是可行的。

從再生劑作用的微觀角度分析，研究者采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法得出芳香分有利于改善老化瀝青的相容性，隨著摻量的增加，芳香分和老化瀝青之間的相互吸引作用顯著增強(qiáng)[11]。而廢油的成分中含有大量的芳香分，所以利用廢油作為老化瀝青再生劑是切實(shí)可行的。

三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(一)廢食用油類。索智等以烹飪后廢棄的大豆油為基質(zhì)，再加入穩(wěn)定組分以制備植物瀝青再生劑。在達(dá)最佳摻量(4%～6%)時(shí)，可將壓力容器老化后的70#基質(zhì)瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、黏度、車轍因子恢復(fù)到70#原樣瀝青水平，而由BBR實(shí)驗(yàn)所測得的低溫蠕變勁度證明其低溫性能較原樣瀝青有所下降。Hallizza Asli等研究發(fā)現(xiàn)廢食用油再生劑能將老化后的布氏黏度完全恢復(fù)到老化前水平。

(二)廢機(jī)油類。Xiaoyang Jia等研究了廢機(jī)油老化瀝青再生劑，廢機(jī)油可以降低老化瀝青結(jié)合料黏度，促進(jìn)新老瀝青結(jié)合料混合，提升瀝青混合料的路用性能和抗疲勞特性。密歇根理工大學(xué)的Christopher D.DeDene等通過傅里葉變換紅外光譜實(shí)驗(yàn)(FT-IR)、動(dòng)態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)(DSR)等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)廢機(jī)油再生劑可以將羧基和亞砜基團(tuán)轉(zhuǎn)化為軟瀝青質(zhì)，改善老化瀝青的高溫性能，但其劈裂強(qiáng)度會(huì)有所下降。

(三)生物柴油殘?jiān)悺埣堰\(yùn)等人在研究中通過物理分餾、冷凝過程將生物柴油殘?jiān)D(zhuǎn)化為生物再生劑，將該生物再生劑用來再生經(jīng)過薄膜加熱烘箱老化的50#基質(zhì)瀝青，當(dāng)達(dá)到最佳摻量時(shí)，老化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度可恢復(fù)到原樣瀝青水平，動(dòng)態(tài)剪切流變實(shí)驗(yàn)(DSR)和瀝青小梁彎曲實(shí)驗(yàn)(BBR)表明再生瀝青的高溫抗變形能力和低溫抗裂能力與原樣瀝青相比均有所提高。

四、結(jié)論

結(jié)論一：通過分析國內(nèi)外各項(xiàng)研究成果，將廢食用油、廢機(jī)油、煉油廠廢料以及生物柴油殘?jiān)鳛槔匣癁r青再生劑均能一定程度上改善老化瀝青的各項(xiàng)性能，但總體改性效果不如傳統(tǒng)瀝青再生劑。

結(jié)論二：廢食用油和廢機(jī)油再生瀝青的低溫性能較原樣瀝青有所下降，相比于基質(zhì)瀝青對改性瀝青影響更大；廢機(jī)油還能降低瀝青施工溫度，提高抗疲勞性能。