化学学科在道路学科中的应用

摘 要：本文从环保型路面的角度出发,分析了化学学科对道路学科发展的推动作用：在道路交通环境中应用纳米TiO2来净化机动车排放的污染物；采用环保型融雪剂去除道路表面积雪结冰等.通过将其与道路学科进行交叉融合,有利于建立环境友好型、资源节约型社会.

关 键 词：化学纳米光催化材料汽车尾气融雪剂环保型融雪剂环保型路面

引言

交叉学科是指两门或两门以上学科融合而形成的一种新的综合理论或系统学问,不是多门学科的简单拼凑堆积,而是多学科依存于内在逻辑关系联结渗透形成的新学科.交叉科学运用多种学科的理论和方法,消除了各学科之间的脱节现象、填补了各门学科之间边缘地带的空白,将分散的学科综合起来,从而实现科学的整体化.

目前比较成熟的学科大约有5550门,其中交叉学科总数约2600门,占全部学科总数的46.8%之多,其发展表现出良好势头和巨大潜力.本文以加快我国道路学科的发展为目的,从环保型路面的角度出发,主要从道路交通中的尾气和冰雪方面,探讨了化学在道路学科中应用,分别包括纳米光催化材料净化汽车尾气以及环保型融雪剂去除道路表面积雪结冰.

1.纳米光催化材料

1.1研究背景

近几年,随着我国机动车保有量的迅速增加,尾气排放已成为空气污染的重要来源.汽车尾气排放的主要污染物有一氧化碳CO、氮氧化物NOx、碳氢化合物HC等,其严重危害环境质量和人们的身体健康.据统计,中国大城市60%的CO、50%的NOx、30%的碳氢化合物是由汽车排放尾气造成的[1].因此,如何有效地净化汽车尾气污染物已成为国内外研究的热点.

目前对汽车尾气进行控制的主要方法有车内净化和车外净化两种.所谓车内净化就是从汽车制造方面来降低有害成分的排放,但汽车保有量的迅速增加使尾气排放总量有增无减；车外净化主要以路面表面负载光催化剂（其中纳米光催化材料以其良好的光催化活性、化学稳定性以及可循环利用性,被作为净化空气的新材料）来净化污染物.

纳米光催化技术是一种新兴的光催化环保技术,现已被广泛地应用到污水处理、大气污染控制、噪声污染控制等方面,在环境保护中有着极其广阔的应用前景.纳米光催化技术应用于大气污染控制方面可大致分为汽车尾气净化、室内空气净化和其他空气污染物的去除三个方面.本文主要讨论在道路交通环境中应用纳米TiO2来净化机动车排放的污染物.

1.2研究实例

谭忆秋[2]等自行研发了尾气降解室内试验设备,该设备分为尾气产生装置、气体反应室、气体浓度测试设备三个部分,从而实现了室内高度模拟各种工况下的实际道路环境.并提出降解效能、降解反应时间、平均降解速率作为尾气降解的评价指标.同时分析了光源、添加剂的掺配方式及掺量对尾气降解能力的影响.

为了分析光源对尾气降解能力的影响,谭忆秋等将一定量的光催化剂均匀摊铺在白纸上,分别在太阳光直射（紫外线指数（6~8）、非太阳光直射（白天室内）、黑暗环境3种光照条件下进行尾气降解试验.结果表明：在不同的光照条件下,HC和NO的降解效能有明显的区别；光源（紫外线）是光催化剂发挥降解有害气体性能的必要反应条件.特别是对于NO,在紫外线的直接照射下,其降解效能可达80%以上,而在室内环境下,降解效能降低到45%左右,在完全黑暗环境下,光催化剂对NO基本没有降解作用.

谭忆秋等分别采用涂覆式和掺入式两种掺配方式来研究掺配方式对尾气降解效能及平均降解速率的影响.结果表明,采用涂覆式的掺配方式时,在较小的掺量下就可以达到很好的降解效果,推荐应用光催化添加剂掺量为粘结剂载体总用量的8%~10%最为经济合理；而掺入式则需要将添加剂的掺量增加到较大的比例后其降解效能才能发挥出来,推荐的掺入式光催化剂掺量为矿粉质量的50%~60%较为合理.

2.融雪剂

路面积雪结冰严重影响着道路行车安全,多年来一直受到各国道路交通部门的重视.目前清除道路表面积雪结冰的方法主要分为化学方法和物理方法两大类,本文主要介绍化学方法在路面除冰学方面的应用.

化学方法是通过在路面上撒布融雪剂来降低冰雪的融点,从而使冰雪融化,以达到清除冰雪的目的.常用的融雪剂主要有氯化钙、氯化钠等各种盐类,其添加方式有以下四种：（1）以粉体形式置换混合料中的矿粉,添加量约7%；（2）以颗粒形式表面裹油后置换混合料中的细集料,添加量约5%；（3）盐分以水泥固化成粒状物质,置换混合料中的粗、细集料,添加量约8%；（4）在开级配沥青混合料空隙率中填充不冻液、盐分等抑制冻结的材料[3].

然而,使用这种含氯盐化学融雪剂虽然达到了除雪的目的,但却给道路、桥梁、水系等带来了极大损害,对周围环境造成了严重污染.陈建滨[4]对以醋酸钙镁盐为主要成分的融雪剂进行了研究,并与氯化钙进行对比,得出其融雪面积与氯化钠相当,而其腐蚀性却很小,对道路环境及设施基本无不良影响,具有快速持久的融雪效果和解冻功能.

3.结语

交叉学科已成为今后研究的主流,本文所提到的化学学科与道路学科之间进行融合而形成新的解决问题的方法具有实际可行的意义.采用纳米光催化材料降解尾气、撒布环保型融雪剂清除道路表面积雪结冰等研究成果已展现出其优良特性.当然道路学科与化学的交叉不仅仅表现在这些方面,如对改性沥青进行化学改性而不是物理改性以改善改性沥青的储存稳定性等.此外,还有与其他学科之间的交叉,道路学科与其它学科的综合研究在未来解决环保问题、节约能源、促进科学发展中具有重大意义和巨大潜力.