新型硫磺沥青改性剂的制备及环保性能研究*

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(1 新疆应用职业技术学院石油与化学工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大学石油天然气精细化工教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046)

新型硫磺沥青改性剂的制备及环保性能研究*

李国峰1，王琳娜1，陆江银2

(1 新疆应用职业技术学院石油与化学工程系，新疆奎屯 833200；2 新疆大学石油天然气精细化工教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046)

自主制备了新型硫磺沥青改性剂，并采用亚甲基蓝分光光度法测定改性硫磺颗粒与沥青反应过程中产生的H2S气体释放量，评价了H2S主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果，确定了主抑制剂和协同抑制剂的种类以及用量，优化了H2S抑制剂的配方。结果表明：H2S抑制剂的最佳配方为3%A+0.8%Y+0.2%Z，在最佳配方下，H2S抑制剂体现了优良的环保性能。

改性剂，硫磺，沥青，主抑制剂，协同抑制剂

新疆地区气候独特，呈现冬冷夏热、气候干燥、日温差较大、太阳辐射强等特点，沥青路面容易出现车辙和推移病害[1-3]。

通常的方法采用SBS或PE以及橡胶粉改性沥青。但是，这些材料的价格在飞速增长，这对于仍处于经济发展中的新疆地区尤为困难[4]。

硫磺具有提高沥青质量的特性，价格非常低廉，可考虑把硫磺作为沥青改性剂[5-6]。但是，在高温下硫磺可与沥青反应放出大量对人体有害的硫化氢气体，使该技术的应用受到限制。

我国对硫磺沥青路面的研究应用相对较晚，直到 2000年才在天津和黑龙江修筑了硫磺改性沥青试验路[7-10]，并取得了良好的效果，但总体上应用规模较小，研究也不够系统全面，最关键的问题是对于硫化氢的抑制率始终不能达到令人满意的结果。

本文通过在硫磺中添加H2S抑制剂自主制备了新型硫磺沥青改性剂，评价了H2S主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果，确定了主抑制剂和协同抑制剂的种类以及含量，优化了H2S抑制剂的配方。

1 实验部分

1.1 实验仪器及材料

1.1.1 实验仪器

表1 主要实验仪器Table 1 The main experimental instruments

1.1.2 实验材料

表2 主要实验材料Table 2 The main experimental materials

1.2 实验内容

1.2.1 硫磺沥青改性剂的制备

在该硫磺颗粒中硫磺的质量百分比在80%～100%之间变化，最适宜的范围是90%～99%，此时H2S抑制剂的质量百分比为1%～10%。其中H2S主抑制剂的范围为1%～9%，协同抑制剂的范围为0～1%。

按事先计算好的比例，称量一定数量的硫磺、增塑剂、H2S主抑制剂和协同抑制剂混合均匀置于反应容器中，然后将反应容器置于恒温油浴锅中加热熔融磁力搅拌1h，然后将混合液体以均匀的流速倒入冷水盆中，即可制得改性硫磺颗粒。

图1 改性硫磺颗粒的制备技术路线Fig.1 The technical route for preparation of modified sulfur particles

通过测定改性硫磺颗粒与沥青在反应过程中的H2S释放量，选用不同种类的H2S抑制剂复配，使得H2S的释放量满足环保的要求，具体的技术路线如图1所示。

1.2.2 H2S释放量的测定

本实验采用亚甲基蓝分光光度法测定硫磺、改性硫磺颗粒与沥青混合加热产生的H2S气体的释放量，测试H2S主抑制剂和协同抑制剂的抑制效果，确定主抑制剂和协同抑制剂的种类以及用量，从而优化H2S抑制剂的配方。

本实验采用自制的H2S吸收装置测试反应过程中H2S的释放量，吸收装置如图2所示。

图2 测定H2S释放量的吸收装置示意图Fig.2 The sketch map of absorption device for determination of H2S release

2 结果与讨论

2.1 H2S主抑制剂的种类考察

根据硫磺与沥青在反应过程中产生H2S的机理，本实验选用了不同类型的H2S抑制剂A、B、C三种作为主抑制剂，质量百分比为2%，与硫磺进行混合制备硫磺沥青改性颗粒。分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图3所示。

由图3可以看出，不论是在150℃还是在160℃的反应温度下，主抑制剂A对H2S的抑制效果都要优于B和C，因此可以将A作为本实验中的H2S主抑制剂。

通过比较图3(a)和图3(b)中H2S的释放量，很明显得知温度是影响H2S排放的一个非常重要的因素，反应温度在160℃时H2S的释放量是150℃时的15倍左右，H2S主抑制剂在150℃的抑制效果明显好于160℃的抑制效果。因此，在沥青改性过程中必须严格控制反应的温度，当反应温度低于150℃时，采用A作为H2S主抑制剂制备改性硫磺颗粒会表现出很好的环保性能。

图3 H2S的释放量Fig.3 H2S release

2.2 H2S主抑制剂的含量考察

在2.1中已经确定将A作为H2S主抑制剂，现在来考察它的最佳含量，将A的含量分别设定为1%、2%、3%、4%，分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图4所示。

图4 H2S的释放量Fig.4 H2S release

由图4可以看出，不论是在150℃还是在160℃的反应温度下，未加主抑制剂A时硫磺与沥青反应过程中H2S的释放量都要远远大于加入主抑制剂A时H2S的释放量，这说明主抑制剂A有非常明显的H2S抑制效果。同时，随着主抑制剂A含量的增大，H2S抑制效果逐渐增强，当A的含量超过3%时，H2S的释放量基本趋于稳定，抑制效果不太明显，这可能是由于A物质在硫磺分子中分散不够均匀造成的。考虑到H2S抑制剂的成本以及改性沥青的性能，选用最佳A的含量为3%。

2.3 H2S协同抑制剂的种类考察

根据硫磺与沥青在反应过程中产生H2S的机理，本实验选用含量为3%的A物质作为主抑制剂，在此基础上选用X、Y、Z三种物质(0.5%)作为协同抑制剂，与硫磺进行混合制备硫磺沥青改性颗粒。分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图5所示。

图5 H2S的释放量Fig.5 H2S release

由图5可以看出，当反应温度在150℃时，协同抑制剂Y和Z的抑制效果优于X，当反应温度在160℃时，抑制效果并不明显。为此，为了提高H2S的抑制效果，本实验考虑将Y和Z共同作为协同抑制剂与主抑制剂A进行复配制备复合型H2S抑制剂，以提高硫磺改性剂的环保性能。

2.4 H2S抑制剂的复配

以A物质作为主抑制剂，Y、Z作为协同抑制剂，分别制备编号为1、2、3的三种样品。其中，样品1为：3%A+0.5%Y+0.5%Z；样品2为：3%A+0.8%Y+0.2%Z；样品3为：3%A+0.2%Y+0.8%Z。将三种样品分别在150℃和160℃的温度下与沥青反应1h(硫磺颗粒∶沥青=2∶3)，同时测定反应过程中H2S的释放量，测试结果如图6所示。

图6 H2S的释放量Fig.6 H2S release

由图6可以看出，将主抑制剂A和协同抑制剂Y、Z进行复配制备三元型复合H2S抑制剂，与2.3中二元型复合H2S抑制剂相比，在反应温度为150℃和160℃时均表现出了很好的抑制效果，其中，2号样品的抑制效果表现最佳。为此，最终确定的H2S抑制剂的配方为：3%A+0.8%Y+0.2%Z。

3 结论

本实验自主制备了新型硫磺沥青改性剂，一定含量的主抑制剂表现出明显的H2S抑制效果。同时，少量的协同抑制剂在一定程度上可以较好的促进H2S的抑制效果。通过将最佳H2S主抑制剂A和最佳协同抑制剂Y、Z进行复配制备了三元型复合H2S抑制剂，极大地降低了H2S的释放量，体现了优良的环保性能。

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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

新疆奎屯市科技计划项目(201604)；新疆应用职业技术学院科研启动基金项目(XYZY2015YJ001)