沥青VOC释放机理及其抑制方法的研究

VOC是挥发性有机化合物的简称，具有挥发性高、浓度低、活性强等特点。VOC及其所衍生的光化学污染，会危害生命健康与农作物生长，已成为世界性公害。沥青是由不同有机烃类组成的复杂混合物，在高温加热或常温常压服役过程中，会产生VOC，其性能也会受到影响，服役寿命缩减。沥青作为重要的建筑材料，已被广泛应用于道路工程、建筑防水领域，在世界各国已建高速公路中，沥青路面占80%以上。因此，研究沥青VOC释放机理及其抑制方法为沥青材料的绿色环保和耐久性提供理论依据和技术支撑，具有非常重要的意义。 本项目首次系统研究了沥青VOC释放机理及其抑制方法；构建了实验室沥青VOC发生装置与采样系统，采用紫外可见分光计、热重-质谱和气相色谱-质谱联用技术研究了沥青VOC的释放量及其典型成分与含量；研究了材料组成和环境条件对沥青VOC的释放量与组成的影响；系统研究了沥青VOC释放与沥青组成－结构－性能之间的关联性；提出了沥青基材料的VOC抑制方法，重要成果如下： 1.设计了高温和常温沥青VOC采集系统，发明了沥青混合料拌合过程VOC收集装置；基于沥青烟的吸光值和VOC浓度的关系，提出了沥青烟的轻组分含量分析方法。 2.采用热重-质谱和气相色谱-质谱联用技术研究发现，在高温及常温条件下始终伴随着小分子物质、多环芳烃类、烷烃、环芳烃及烃类衍生物的释放；小分子物质包含二氧化碳、氯化氢、硫化氢等无机物，其释放量较其他物质高1~2个数量级；致癌物质多环芳烃主要包含萘、茚、芴等，其释放量与温度呈正相关关系；烷烃、环芳烃及烃类衍生物释放量随分子量增大而减小。 3.沥青VOC释放量随着温度的升高和加热时间的延长而增加，搅拌加速了沥青VOC的释放；沥青VOC中重组分的含量明显大于轻组分含量，高温下产生的沥青烟气主要是以粒度大于1μm的小颗粒为主。 4. VOC释放使得沥青的轻质组分饱和分和芳香分含量减少，沥青的溶胶结构向凝胶结构转移，导致沥青的质量、针入度、相位角减小，软化点、粘度、复合模量增大，沥青弹性成分增多、变硬。 5.提出了由SBS和活性炭组成的复合抑制剂，其中SBS掺量为4%~5%，活性剂掺量为4%；复合抑制剂可改善沥青混合料的路用性能，显著降低沥青混合料VOC以及PM2.5和PM5的释放。 6.依托本项目，已培养4名硕士和2名博士研究生，发表论文21篇，被SCI收录17篇、EI收录4篇，申请专利2项。 2100433B

VOC(Volatile Organic Compounds)是挥发性有机化合物的简称，具有挥发性高、浓度低、活性强等特点。VOC自身及其所衍生的光化学污染，会危害生命健康与农作物生长，已成为世界性公害。长期以来，国内外主要关注的是来自装饰材料、生物源与机动车尾气等的VOC及其危害，而对广泛应用于道路工程、建筑防水等领域的沥青所产生的VOC未引起足够的重视。本项目拟针对不同来源、不同类型的沥青，研究其在不同光照波长与强度、时间等条件下VOC的释放情况，根据其VOC释放量及其规律特点，建立沥青VOC释放模型，探讨沥青VOC释放与其组成、结构、性能的相关性，揭示沥青VOC释放机理，分析沥青VOC对环境和人体健康的危害，探讨具有低VOC释放的沥青组成结构特点和释放环境条件特点，研究沥青VOC的抑制方法。本项目成果将为开发绿色环保型沥青以及提高沥青和沥青材料的使用性能等提供理论指导。

室内空气污染严重影响到人民的生活品质和健康，而室内装饰中大面积使用的油漆涂料是一个主要的污染源。本项目旨在通过研究涂料有机挥发物（VOC）散发机理来探寻控制室内污染的方法。拟先采用申请人熟悉的实验手段研究漆膜的散发特性和涂料成膜过程的散发规律，分析漆膜对建材散发以及室内空气质量的影响，并进一步建立新的预测涂料VOC散发的3层模型。该模型考虑漆膜的影响，把漆膜形成的短期特性和IAQ的长期评估联系起来。计划用申请人熟悉的数值求解法和实验手段，验证模型的预测能力。预期研究结果将增进对涂料VOC散发机理的理解，有助于进一步研究环保和健康的绿色涂料和建材，对提高室内环境质量评估能力，建立室内物品有机挥发物标识制度和发展相应的标准和规范都有重要意义。

燃烧系统中的拍振是一类由非线性热声耦合导致的燃烧振荡现象，其区别于一般谐波振荡的特点在于：振荡幅值会自发的、有规律的周期性变化。这类现象的发生可能与流动导致的声学边界特性改变、火焰与稳焰结构之间的非稳态传热过程、由流动或扩散过程引起的火焰自身脉动等过程有关，但目前对此还缺乏相关实验研究与理论分析，对这些过程在热声系统中的作用机理也不明确。本项目将从热声耦合系统和火焰动力学两个层面，研究上述过程与压力脉动、放热率脉动的耦合机制，建立可预测拍振的非线性动力学模型，并据此分析目前困扰研究者的燃烧振荡亚临界不稳定现象；同时进一步发展燃烧振荡控制理论以抑制拍振现象。研究结果不仅有助于拓展对于燃烧振荡现象中非线性现象的认识，也将有助于在工业应用中拓宽稳定燃烧工况边界，实现对燃烧振荡现象的有效预警和控制，为发展应用于大型动力与推进系统中的清洁高效安全的燃烧技术提供条件。