紫外阻隔材 沥青 北京化工报告

1、超分子结构紫外阻隔材料（超分子结构紫外阻隔材料（LDHsLDHs）制备耐老化沥青关键技术研究（二）制备耐老化沥青关键技术研究（二） 北京化工大学北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室化工资源有效利用国家重点实验室 一、组成与结构设计一、组成与结构设计客客 体体主主 体体主主 体体阴离子型层状结构阴离子型层状结构主体层板由多种元素构成主体层板由多种元素构成层间存在多种客体组元层间存在多种客体组元结构中存在多种化学键型结构中存在多种化学键型主客体及客体间有序排列主客体及客体间有序排列M21-xM3x(OH)2x+ (An-)x/n zH2O OHHAn-An-OHHM2M3OOM2OOM3OO

2、OOOOOHHOHHM2M3OOM2OOM3OOOOOO超分子结构超分子结构配位键配位键共价键共价键静电作用静电作用氢键氢键分子间作用分子间作用可调变的结构因素可调变的结构因素 主体层板化学组成可调主体层板化学组成可调电荷密度及其分布可调电荷密度及其分布可调 客体种类及数量可调客体种类及数量可调晶粒尺寸分布及介观形貌可调晶粒尺寸分布及介观形貌可调 层内弹性空间可调层内弹性空间可调 主客体相互作用可调主客体相互作用可调层状前体层状前体超分子结构紫外阻隔材料超分子结构紫外阻隔材料有机紫外线吸收剂有机紫外线吸收剂（1 1）将）将ZnZn引入引入LDHsLDHs层板，改善紫外阻隔性能层板，改善紫外阻隔

3、性能（2 2）将关键客体引入层间，进一步提高紫外阻隔性能）将关键客体引入层间，进一步提高紫外阻隔性能结构设计思路：结构设计思路：LDHsLDHs组成结构设计原则：组成结构设计原则： 筛选具有紫外吸收性能的主体元素和层间客体进行插筛选具有紫外吸收性能的主体元素和层间客体进行插层组装层组装LDHs型貌控制原则：等波长粒径控制型貌控制原则：等波长粒径控制 等波长粒径：等波长粒径：当散射点的直径约等于光的波长时，散射系数最大，当散射点的直径约等于光的波长时，散射系数最大，散射效应最强烈。散射效应最强烈。散射公式：II0e-al其中a：散射系数颗粒入射光散射原理：散射原理：abLDHs等波长粒径：等波长

4、粒径：(a、b方向方向)d=300500nm紫外线波长：190400nm其中UVA： 320400nm LDHsLDHs粒径： 300500nm (a、b方向)LDHs对紫外线具有等波长粒径，屏蔽作用最强烈。等波等波长粒长粒径径主体层板区主体层板区主体层板区主体层板区层间客体区层间客体区1级反射级反射1级主体吸收级主体吸收1级客体吸收级客体吸收2级反射级反射2级主体吸收级主体吸收2级客体吸收级客体吸收n级反射级反射n级主体吸收级主体吸收n级客体吸收级客体吸收主体层板区主体层板区层间客体区层间客体区层间客体区层间客体区C轴轴方方向向多多层层层层板板排排列列LDHs多级阻隔作用多级阻隔作用（n50

5、）紫外线能量递减效应紫外线能量递减效应紫外线紫外线LDHs对紫外线的多级阻隔原理对紫外线的多级阻隔原理二二、工艺技术进步工艺技术进步4MgCl2 + 2AlCl3 + Na2CO3 + 12NaOH + 4H2OMg4Al2(OH)12CO34H2O (LDHs) + 14NaCl副产物NaCl：1.68吨/吨LDHs工艺路线反应原理配制原料成核晶化洗涤洗涤改性过滤干燥传统的共沉淀工艺路线：传统的共沉淀工艺路线：实验室洗涤方式实验室洗涤方式抽滤洗涤抽滤洗涤工业化洗涤方式工业化洗涤方式洗涤水洗涤水滤饼滤饼耗水量：耗水量：700吨吨/吨产品吨产品板框洗涤板框洗涤存存在在问问题题洗涤周期长、能耗大洗

6、涤效率低，耗水量巨大洗涤水沟流、短路现象严重大量离子仍吸附于固体表面第1代LDHs生产技术洗涤原理洗涤的本质洗涤的本质固体表面：固液界面：本体溶液：发生区域杂离子的吸附脱附膜扩散趋于平衡过程+-+-+-+-Ddcdx+-+-k+(1-)ck-(1-)c+-JcLDHs1. 未构建平衡体系的条件未构建平衡体系的条件2. 过程缺乏动力学驱动力过程缺乏动力学驱动力洗涤水沟流及短路洗涤水沟流及短路科科学学问问题题构建满足杂离子构建满足杂离子Na+和和Cl-吸脱附平衡的固液体系吸脱附平衡的固液体系第第1代工艺特点：代工艺特点：板框过滤制浆板框过滤制浆耗水量：耗水量：400吨吨/吨产品吨产品技术优势技术优

7、势1.构建了杂离子吸附构建了杂离子吸附-脱附的平衡条件脱附的平衡条件2.实现杂离子向本体溶液间歇式扩散实现杂离子向本体溶液间歇式扩散3.洗涤周期缩短洗涤周期缩短304.耗水量减少了耗水量减少了40板框均质机打浆打浆慢慢团聚解聚存在问题存在问题1.团聚颗粒难以快速解聚团聚颗粒难以快速解聚2.并非所有粒子满足平衡条件并非所有粒子满足平衡条件3.不满足平衡对动力学的要求不满足平衡对动力学的要求4.增加了劳动强度增加了劳动强度第2代LDHs生产技术浆液浆液入口入口浆液浆液出口出口滤液滤液滤液滤液膜洗膜洗涤微涤微滤技滤技术术工艺特点：工艺特点：膜洗涤膜洗涤/微滤洗涤水套用微滤洗涤水套用耗水量：耗水量：1

8、00吨吨/吨产品吨产品技术特点技术特点1.构建了杂离子吸附构建了杂离子吸附-脱附脱附平衡平衡体系体系2.实现了杂离子向溶液的实现了杂离子向溶液的连续连续扩散扩散3.满足了杂离子吸满足了杂离子吸-脱附的脱附的热力学热力学条件条件4.最大程度提高了扩散最大程度提高了扩散驱动力驱动力完全避免了透滤、沟流及短路等现象洗涤效率提高75，洗涤周期缩短70耗水量进一步减少75洗涤、过滤一步完成，自动化程度高工艺效果工艺效果膜洗涤/微滤洗洗涤涤水水套套用用技技术术洗涤阶段1洗涤阶段2洗涤阶段3洗涤阶段4洗涤阶段5洗涤阶段6纯水纯水ci = ci+ci+12(i5)(i=6)ci2利用浓度差，实现洗涤水套用高盐

9、度洗涤水配置原料，提高利用率耗水量进一步减少85以上洗涤水多阶段储存，提高套用效率技术优势母液回收母液回收三效蒸发三效蒸发副产物副产物NaCl江苏江阴江苏江阴第第2 2代代LDHsLDHs生产技术中生产技术中的的膜洗涤膜洗涤/ /微滤洗涤水套用系统微滤洗涤水套用系统膜洗涤膜洗涤/微滤微滤洗涤水套用洗涤水套用技术集成技术集成耗水量：耗水量：15吨吨/吨产品吨产品化工技术进步的化工技术进步的S S型曲线型曲线即技术进步通常经历一个即技术进步通常经历一个“慢慢快快慢慢”的发展周期；而当某一的发展周期；而当某一技术达到或接近其发展极限时，技术进步将通过技术达到或接近其发展极限时，技术进步将通过“非连续

10、式非连续式”即转移到一个全新的和完全不同的知识基础上来实现。即转移到一个全新的和完全不同的知识基础上来实现。原子经济反应与清洁生产工艺原子经济反应与清洁生产工艺第3代LDHs生产技术原料配制单元原料配制单元成核单元成核单元晶化单元晶化单元洗涤洗涤/ /过滤单元过滤单元干燥单元干燥单元母液浓缩回收单元母液浓缩回收单元传统共沉淀工艺: MgCl2+AlCl3+NaOH+Na2CO3 MgAl-LDHs+NaCl缺点缺点1.1.生成大量利用价值很低的无机钠盐；生成大量利用价值很低的无机钠盐；2.2.需洗涤除去吸附于产品表面的杂离子，需洗涤除去吸附于产品表面的杂离子， 耗水量大；耗水量大；3.3.大量

11、含盐母液及洗涤水需要处理以达到大量含盐母液及洗涤水需要处理以达到 排放标准。排放标准。 1.1.反应物原子全部进入产物分子，反应物原子全部进入产物分子， 无副产物；无副产物；2.2.无需洗涤水，污染物零排放；无需洗涤水，污染物零排放；3.3.是温室气体是温室气体COCO2 2有效利用的新途径。有效利用的新途径。特点特点二价、三价金属二价、三价金属氢氧化物氢氧化物去离子水去离子水水热晶化水热晶化COCO2 2、有机酸根等有机酸根等过滤过滤干燥干燥高分散悬浮液高分散悬浮液强制高强制高剪切混剪切混合合清洁生产工艺清洁生产工艺: : Mg(OH)2+Al(OH)3+CO2 MgAl-LDHs共沉淀工艺

12、共沉淀工艺清洁生产工艺清洁生产工艺原料原料碱液：碱液：NaCONaCO3 3+NaOH+NaOH盐液：盐液：MgClMgCl2 2+AlCl+AlCl3 3Al(OH)Al(OH)3 3,Mg(OH),Mg(OH)2 2,CO,CO2 2正离子副产物正离子副产物NaNa+ +无无负离子副产物负离子副产物ClCl- -无无副产钠盐量副产钠盐量1.71.7吨吨吨吨LDHsLDHs无无洗涤用水量洗涤用水量1515吨吨吨吨LDHsLDHs无无原子经济性原子经济性35 %35 %100 %100 %两种不同生产工艺的比较两种不同生产工艺的比较 节能降耗：节能降耗：节水减排：节水减排：4590反应过程放大与强化反应过程放大与强化反应条件反应条件: : Mg/Al=2 Mg/Al=2 120 120 CO CO2