Nana-chomhchodanna a ndearnadh innealtóireacht orthu i gCeanglóirí Asfalt

Déan teagmháil le do thoiloscar.xiao@wecistanche.comle haghaidh tuilleadh eolais

Coimriú:Le déanaí, baineadh úsáid éifeachtach as nanaitheicneolaíocht i réimse na pábhála bóthair. Tá ocsaídiú agus dul in aois asfalt ina chúis le meath ar chosáin bóthair agus méadaíonn sé astuithe a bhaineann le asfalt. Molaimid straitéis frith-aosaithe chun cur isteach ar mheath an asfalt trí úsáid a bhaint as cré innealtóireacht/nanach-chomhábhair shilice múchta. Sa taighde seo, déantar anailís chúramach ar airíonna moirfeolaíocha, ceimiceacha, teirmeacha, meicniúla agus sreabheolaíocha na gceanglóirí asfalt nana-mhodhnaithe faoi choinníollacha éagsúla. Chruthaigh torthaí an turgnaimh go gcuireann an ilchodach seo isteach go héifeachtach ar ocsaídiú ceimiceach agus ar dhianscaoileadh an mheascáin agus go laghdaíonn sé an ráta aosaithe. Is díol suntais é gur léirigh turgnaimh reiteolaíochta ceanglóra asfalt gur uasmhéadaíodh a bhfriotaíocht sreabheolaíoch tar éis dul in aois gearrthéarmach agus fadtéarmach trí 0.2-0.3 faoin gcéad d'ábhair nana-threisithe a chur leis. Thairis sin, feabhsaíonn nanacháithníní an éifeachtúlacht friotaíochta taise agus, ar a seal, an cheist chriticiúil a bhaineann le taise i dteocht táirgthe íseal a shárú.

Eochairfhocail:cré nana, biotúman modhnaithe, aosú ocsaídiúcháin theirmeach, nana-mhodhnú, nana-chomhábhair

1 Réamhrá

Úsáidtear biotúman go ginearálta mar an gliú i meascáin asfalt bóthair, mar gheall ar a n-airíonna rheological cuí [1-3]. Mar sin féin, d'fhorbair modhnú biotúman réimse atá ag teacht chun cinn i dteicneolaíocht ábhar bóthair, go príomha i dtaca le pábháil asfalt athghinte a athúsáid, le coincheapa íseal-fhuinnimh le haghaidh táirgeadh meascáin asfalt, agus leis an mian méadaitheach an biotúman a athsholáthar go páirteach trí níos mó. ceanglóirí inbhuanaithe agus bithbhunaithe. Saincheist shuntasach agus na modhnóirí biotúman is oiriúnaí á n-aithint ná imscrúdú a dhéanamh ar a bhfriotaíocht aosaithe. Ós rud é go bhfuil ábhair asfalt bóthair faoi lé ní hamháin teochtaí te le linn táirgeadh meascáin ach freisin do dhroch-radaíocht na gréine, agus ocsaigine agus fréamhacha eile a chuireann aosú ceanglóra chun cinn le linn a saolré inseirbhíse ar fad [4-7], marthanacht na gceanglóirí asfalt. i dtéarmaí friotaíocht ag dul in aois is maoin ábhartha tábhachtach. Áirítear le dul in aois ceanglóra ultraivialait, dul in aois teirmeach fadtéarmach, agus dul in aois teirmeach-ocsaídiúcháin gearrthéarmach. Chun tionchar a imirt ar fheidhmíocht ceanglóra asfalt, is féidir éagsúlacht mhór de chineálacha éagsúla breiseán a chur le biotúman, mar shampla polaiméirí, snáithíní, ábhair athchúrsáilte, agus nana-ábhair [8,9]. Díríonn an staidéar seo ar nana-ábhair. I measc na n-ábhar seo, de ghnáth, athraíonn nana-ábhair airíonna ceanglóra ceimiceacha go suntasach agus dá bharr sin airíonna feidhmíochta sreabheolaíochta meicniúla. I measc na bparaiméadar is tábhachtaí a chuireann síos ar nanacháithníní (NPS), a chuireann faoi deara airíonna fisiceacha nanacháithníní uathúil agus difriúil ó ábhair thraidisiúnta, tá a gcóimheas achar dromchla le toirt, cruth, comhdhéanamh ceimiceach, agus a gcumas idirghníomhaíochtaí ag comhéadain chéim a mhéadú [10 ,11]. Is iad ocsaíd miotail, inor-ganic, nana-chomhábhair, agus nana-chomhábhair an príomh-aicme nana-ábhar a úsáidtear go háirithe i meascán asfalt chun nascóirí asphaltene a mhodhnú [12,13]. Tuairiscítear go gcuireann NPanna ocsaíd mhiotail lena n-áirítear ocsaíd since (ZnO) agus dé-ocsaíd tíotáiniam (TiO) le friotaíocht an mheascáin asfalt in aghaidh sracadh agus scoilteadh [13,14].gas cistánachFeictear go bhfuil cumas sármhaith ag NPanna neamhorgánacha mar shilice (SiO), nanafeadáin charbóin (CNTanna), agus nana-cré maidir le hábhair asfalt a neartú agus a marthanacht a fheabhsú [15,16]. Feabhsaíodh feidhmíocht sreabheolaíoch biotúman - agus dá réir sin feidhmíocht an mheascáin asfalt comhfhreagrach - trí SiO, agus NPs a chur leis. Feabhsaíodh cobhsaíocht theirmeach agus mheicniúil an mheascáin asfalt freisin trí NPanna cré a ionchorprú [17,18]. Ar feadh ár n-eolas, is iad teaghlaigh cré agus shilice na NPS neamhorgánacha is mó a úsáidtear chun friotaíocht an ceanglóra in aghaidh aosaithe a fheabhsú [{{ 7}}]. Tuairiscíodh go raibh NPanna neamhorgánacha den scoth ag teaghlaigh cré agus shilice maidir le feabhas a chur ar airíonna aosaithe na gceanglóirí. Bunaithe ar thorthaí tuarascálacha éagsúla, laghdaigh nascóirí asfalt nana-silea-mhodhnaithe slaodacht agus modulus casta beagán, agus feabhsaigh siad tuirse agus friotaíocht rutting tar éis dul in aois gearrthéarmach [19-21]. Ina theannta sin, léirigh roinnt imscrúduithe go bhfuil nana -silica-modhnaithe ceanglóra tá friotaíocht níos airde le dul in aois teirmeach, ar deireadh thiar as a dtiocfaidh méadú ar marthanacht na cosáin asfalt [21,22]. Tá buntáistí ag SiO agus NPanna mar neamhfhótacatalytic, sciath neamhorgánach, agus neamhthocsaineach, atá ríthábhachtach le húsáid i meascáin asfalt [23,24]. Mar sin féin, tá fumed SiO, agus NPanna d'aicme amháin de nana-ábhair shintéiseacha a bhfuil bonn cirt eacnamaíoch agus neamhdhíobhálach don chomhshaol le húsáid ar scála mór. Is nana-ábhar struchtúr éagruthach sintéiseach é fumed silica le achar dromchla mór agus scála nana-mhéid [25]. Dá bhrí sin, díríonn an staidéar seo ar nanacháithníní shilice cré/fumed (CSNPanna).

Cliceáil anseo le do thoil chun tuilleadh eolais a fháil

I gcomparáid leis an ngnáthbhealach, oibríonn teicneolaíocht asfalt meascáin te (WMA) ar bhealach éifeachtach atá neamhdhíobhálach don chomhshaol. Sa chás seo, déantar asfalt a tháirgeadh ag teocht de thart ar 30-60 céim C, atá níos ísle ná mar is gnách. Laghdaíonn an teicneolaíocht seo astaíocht gal díobhálach agus bíonn 20-35 agus 35 faoin gcéad níos lú astuithe gáis cheaptha teasa agus tomhaltas fuinnimh mar thoradh air, faoi seach [13,26]. Mar sin féin, is míbhuntáiste coiteann de theicneolaíocht WMA é an claonadh taise, rud a fhágann go laghdaítear a fheidhmíocht [27,28].

Is é cuspóir an taighde seo na tionchair fhéideartha a d’fhéadfadh a bheith ag CSNPanna ar fhriotaíocht aosaithe na nascóirí asfalt bóthair a úsáidtear le haghaidh meascáin asfalt bóthair arna dtáirgeadh ag teicneolaíocht WMA a shainaithint. Go mion, déantar anailís chúramach ar airíonna moirfeolaíocha, ceimiceacha, teirmeacha, sreabheolaíocha agus meicniúla cheangail asfalt modhnaithe CSNP i gcoinníollacha éagsúla. Cuirtear léargais nua i láthair i dtreo tuiscint bhreise ar athruithe féideartha ar airíonna ceanglóra meicniúla agus sreabheolaíochta mar gheall ar aosú teirmeach. Léiríonn Fíor 1 na teicníochtaí turgnamhacha a cuireadh i bhfeidhm sa staidéar seo go scéimreach.

2 Ábhair agus modhanna

2.1 Ábhair

Roghnaíodh próiseas sintéise CSNPanna de réir thaighde roimhe seo an údair (mar a léirítear i bhFíor S1)[29]. Baineadh úsáid as shilice nana-mhúnlaithe (Aerosil A3{00, Degussa Co, an Ghearmáin), bentonite sóidiam (Sigma Aldrich Ltd., an Ghearmáin; féach Tábla S1), agus Biotúman 50/70 (Total Co., An Fhrainc) i an taighde seo. Rinneadh an anailís ar mhéid na gcáithníní ar na hábhair trí úsáid a bhaint as scaipthe solais dinimiciúil (DLS)(Malvern ZEN 3600, RA), agus rinneadh anailís díraonta X-gha (XRD) ag baint úsáide as díraonta X-gha púdar (Philips PW 1730, An Ísiltír; Fíor; S2).Chun an meascán WMA a ullmhú, rinneadh foirmiú nua de chéir Fischer-Tropsch (FT) (Sasol, an Afraic Theas; Evonik, an Ghearmáin; Sigma-Aldrich, an Ghearmáin) a shintéisiú san imscrúdú seo. Sula n-úsáidtear iad, triomaíodh nana-chomhchodanna in oigheann ag 110 céim c ar feadh 3h. Sa chéad chéim, ullmhaíodh samplaí de réir nósanna imeachta réamhoibreacha [18]. Ina dhiaidh sin, cuireadh nanach-chomhchodanna le biotúman i gcainníochtaí éagsúla (0.1,2, agus 3wt faoin gcéad). Sa staidéar seo, modhnaíodh biotúman ag baint úsáide as breiseán WMA 3 faoin gcéad.sochair cistanche tubulosa agus fo-iarsmaíRoghnaíodh an luach seo bunaithe ar an ábhar céir a úsáidtear go coitianta a úsáidtear i meascáin WMA a tuairiscíodh sa staidéar roimhe seo [13].

2.2 Próiseas aosaithe

Le haghaidh tástála rollta oigheann scannáin thanaí (RTFOT), de réir ASTM D1754, coinníodh samplaí ag 163 céim C san oigheann scannán tanaí rollta (RTFOT8, samhail ISL, an Fhrainc). Bunaithe ar nós imeachta caighdeánach soitheach ag dul in aois brú (PAV), rinneadh imscrúdú ar shamplaí sa PAV tar éis dul in aois fadtéarmach (le 300psi agus 100 céim ar feadh 20 h). D’ullmhaigh muid samplaí i dtrí choinníoll: S1-S4: samplaí gan aois, S5-S8: samplaí gearrthéarmacha d’aois, agus S9-S12: samplaí fadtéarmacha d’aois. Tá na samplaí go léir curtha i láthair i dTábla S2 (Ábhair bhreise).

2.3 Modhanna tréithrithe

Cuireadh gléas réamaiméadar lomadh dinimiciúil (DSR) (Malvern Kinexus Pro plus , RA) i bhfeidhm chun na hairíonna sreabheolaíocha a mheas ag minicíocht 10 rad/s agus teocht idir 20 agus 70 céim C. An uillinn phas agus modulus lomadh casta (G* ) de bhun asfalt, ceanglóra, agus samplaí d'aois a thomhas de réir an chaighdeán AASHTO T 315. Úsáidtear an modh seo go ginearálta chun airíonna ceanglóra asfalt a thréithriú sa raon viscoelastic líneach. Rinneadh tástáil ar airíonna ceimiceacha ag baint úsáide as Fourier transform infridhearg (FTIR; Thermo eolaíoch Nicolet iS10, SAM) agus TG/DTA (SDT Q600, TA Ins., USA). Baineadh úsáid as micreascóp Raman comhfhócasach Renishaw inViatM (Renishaw plc, Miskin, Pontyclun, RA) le foinse léasair argóin (633 nm) chun staidéar a dhéanamh ar nascadh ceimiceach agus ar mhéid leatháin aramatacha, a bhí feistithe le brathadóir feiste luchtaithe (4/cm) taifeach speictreach, céimseata scaipthe 90 céim). Taifeadadh speictream an tsuirbhé sa raon ó 500 go 3,000/cm ag teocht an tseomra (50 × cuspóir fad-oibre). Baineadh úsáid as micreascóp fórsa adamhach (AFM; Nanowizard, JPK Ins., an Ghearmáin) le ceantilevers i mód tapála (RTESP, Bruker, SAM) agus micreascóp leictreoin um scanadh astaíochtaí allamuigh (FE-SEM; TE-SCAN, MIRA II, Poblacht na Seice) chun staidéar a dhéanamh ar mhoirfeolaíocht agus struchtúir samplaí ceanglóra i micreascála agus nanascála. Rinneadh anailís ar íomhánna de léarscáileanna garbha agus tiús ag 1-2 fhráma/s agus ag pointe tacair z, agus rinneadh na torthaí a mheas ag baint úsáide as bogearraí foinse oscailte Gwyddion [30]. Ba shaintréith na moirfeolaíochtaí trí léas leictreon a dhíriú ar dhromchla na samplaí ceanglóra. Thaifead ceamara infridhearg teirmeach (FLIR-T440, SAM) íomhánna teirmeagrafacha i gcéimeanna sonracha ama ó shamplaí ceanglóra. Rinneadh anailís ar airíonna flexural creep ag teochtaí ísle trí úsáid a bhaint as réiméadar léas lúbthachta teirmeleictreach (TE-BBR; Cannon Ins., USA). Sa staidéar seo, d'úsáideamar Petrotest le haghaidh pointe bogtha (PKA5, an Ghearmáin), penetrometer uathoibríoch (PNR 12, an Ghearmáin), agus tástáil insínteachta (infridhearg,20-2356, an Ghearmáin). Achoimre

de shaintréithe fisiceacha an cheangail asfalt a úsáideadh sa staidéar seo curtha i láthair i dTábla S3 (Ábhair Fhorlíontacha).

3 Torthaí agus plé

3.1 Deilbhíocht dromchla

Rinneadh FE-SEM chun breathnú ar mhoirfeolaíocht dhromchla samplaí ceanglóra asfalt modhnaithe CSNP sa mhaitrís ceanglóra asfalt (Fíor 2a). Taispeánann íomhánna FE-SEM scaipeadh aonfhoirmeach CSNPanna (meánmhéid na gcáithníní ~ 45 nm) sa mhaitrís ceanglóra asfalt. Cruthanna nanalayer uathúla CSNPanna i maitrís ceanglóra asfalt tionchar suntasach ar an bpróiseas ag dul in aois: cosúil le sciath. Sa chás seo, cuireann CSNPanna cosc ​​ar an struchtúr uachtarach ó scrios trí radaíocht [8] agus ag an am céanna gaisfidh siad comhdhúile so-ghalaithe agus cuireann siad cosc ​​​​ar ghalú ón ceanglóra asfalt.

Is féidir le Cistanche frith-aging

Mar gheall ar a n-achar dromchla mór, cóta nanalayers cré agus NPs shilice fumed limistéar leathan. Chun an ghné seo a úsáid, tá sé riachtanach CSNPanna a scaipeadh go cuí i gceanglóir asfalt. Is féidir anailís a dhéanamh ar dháileadh (féach Fíor S3) trí úsáid a bhaint as speictreascópacht scaipthe fuinnimh (EDS). Is féidir na heilimintí alúmanam, shilice, iarann, agus tíotáiniam a bhrath agus a úsáid chun dáileadh CSNPanna i nascóirí bonn a aithint. Is gnách go n-aimsítear sraitheanna cré i ndromchla na gceanglóirí trí dhé-ocsaíde tíotáiniam (le meánmhéid na gcáithníní 1μm). Taispeánann an léarscáil d'eilimintí tíotáiniam go bhfuil dáileadh na gcáithníní i biotúman aonfhoirmeach.

Feidhmíonn an nanastruchtúr atá déanta ag CSNPanna mar nana-sciath i gcoinne ocsaídiúcháin agus scrios teirmeach. Tá friotachas teasa ard ag sraitheanna cré agus seachnaíonn siad dianscaoileadh bannaí ceimiceacha agus mar sin cuireann siad moill ar aosú ceanglóra [8]. Léiríonn Fíor 2b agus c clúdach aonfhoirmeach CSNPanna ar cheangail asfalt (dath glas) agus toirteanna dlúth CSNPanna (dath dearg), faoi seach. Is paraiméadair thábhachtacha iad polaraíocht agus nascáil cheimiceach [31,32] a chuireann faoi deara nana-sraitheanna a asaithe le chéile agus na comhpháirteanna toirtiúla seo a chruthú i gceanglóirí asfalt.

Chun éifeacht CSNPanna ar an ceanglóra a thuiscint tuilleadh, rinneadh anailís ar airíonna moirfeolaíocha trí thástáil AFM. Is díol spéise é sainaithint microstructure an ceanglóra de bharr dul in aois mar go léiríonn sé na hidirghníomhaíochtaí móilíneacha athraitheacha agus na comhdhúile ceimiceacha [33,34].sliocht cistanche tubulosaTaispeántar i bhFíor 3 micreastruchtúir na samplaí ceanglóra arna modhnú ag CSNPanna.

I bhFíor 3, taispeántar trí chéim Catana, Peri, agus Para a léirigh struchtúir cosúil le beacha, céim scaipthe, agus céim réidh maitrís, faoi seach. Breathnaítear ar na céimeanna Catana agus maitrís mar shaintréithe micreastruchtúr an ceanglóra [35]. Cuirtear struchtúir cosúil le beacha i leith na slabhraí fada ailcile i gcéireacha microcrystalline, struchtúir aramatacha, agus asphaltenes, a criostalaíonn le linn fuaraithe [36].athbhreithnithe cistanche tubulosaLéiríonn struchtúir cosúil le beacha in íomhánna AFM láithreacht féideartha comhpháirteanna asfaltacha (Fíor 3b-d).cistanche RATá baint dhíreach ag an méid asphaltenes agus colloids le méid an struchtúir cosúil le beacha sa

ceanglóra asfalt; is mó an struchtúr, is airde an líon asphaltenes agus colloids [37]. Cuirtear moirfeolaíocht an mhicreashonraithe agus na céimeanna aonair de shamplaí ceanglóra aosaithe gearrthéarmacha agus fadtéarmacha i láthair i bhFíor 3e-g. Léiríonn comparáid idir íomhánna AFM de shamplaí fadtéarmacha d’aois agus maighdean an nanastruchtúir atá ag imeacht agus foirmiú struchtúir cosúil le beacha ag méadú. Is féidir an próiseas céanna a thabhairt faoi deara i Físeáin 1-3 (féach Ábhair Fhorlíontacha), a taifeadadh le linn tomhais AFM, a léiríonn an t-athrú struchtúrach iarmhartach maidir le dul in aois ceanglóra. Mar thoradh ar CSNPanna a chur leis an gceanglóir asfalt, tagann athruithe suntasacha ar mhoirfeolaíocht agus ar mhicreastruchtúr an ceanglóra. Míníonn na hathruithe seo ról na CSNPanna mar chosaint ar aosú ceanglóra.

Baintear an t-alt seo as Léirmheasanna Nanaitheicneolaíochta 2022; 11: 1047–1067