[发明专利]一种生物沥青及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物沥青及其制备方法，属于可再生生物基道路沥青材料制备技术领域。

背景技术

目前，国内外对生物油的精制利用主要集中在通过化工工艺将生物质中纤维素与半纤维素热解得到的轻质组分转化为乳化燃料、燃料油添加剂以及高附加值化学品，由木质素热解得到的占生物油较大比例的生物油重组分因较难转化一直未得到有效利用。

为了更充分地利用生物油这一化石能源潜在的替代资源并且缓解石油沥青供应日趋紧张的形势，国内外相关学者开始了利用生物质资源制备道路沥青材料的尝试并且已经取得了一定的研究进展，国内将利用生物质资源制备的生物基道路沥青材料定义为生物沥青材料。

结合CN102796547A《生物沥青、生物沥青组合物及其制备方法》与CN103396818A《一种生物沥青及其制备方法》等方案可以总结出，现阶段生物沥青材料存在的主要问题有：1)由于生物质热解油中含有大量的水溶性物质，因而适宜用作沥青材料的木质素热解产物会与对沥青性能有较大负面影响的水溶性组分形成乳状液以致较难分离；2)生物沥青材料因为存在较多羧基与醛基等含氧官能团因而存在低温性能以及抗老化性能较差的特性；3)当前生物沥青的分离及制备方法存在工艺条件苛刻、经济成本高以及分离时易使其结构改变或引入其他杂质的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物沥青及其制备方法。通过对生物质热解油进行预处理继而能有效便捷地分离出其中适于用作生物基道路沥青材料的组分，同时对常规蒸馏这一分离工艺进行改进从而使得生物质热解油中的沥青组分能在充分分离出的同时具有更优的使用性能和抗老化性能，对于推动生物基道路沥青材料的进一步开发与应用和可再生资源导向型经济的构建具有积极意义。

为了实现上述目的，本发明提供了一种生物沥青的制备方法，包括如下步骤：

1)将无机盐掺入生物油中，混匀；再加入粗甘油，混匀；

2)对步骤1)所得产物进行常压蒸馏，分离出轻质组分以及包括甘油和木质素热解产物的混合组分；

3)向所述混合组分中加水，混匀，静置，过滤，除去其中的水-甘油混合相，得到粗木质素热解产物；

4)将所述粗木质素热解产物加热至恒重状态，得到生物沥青；将所述水-甘油混合相进行常压蒸馏，分离出的甘油循环利用。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤1)中，所述生物油是由松木、柳木或杨木热解制得的。所述粗甘油优选为生物柴油的副产物。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤1)中，所述无机盐为Cacl₂，Fecl₃或Licl中的一种或多种，优选Cacl₂；所述无机盐的掺入量为生物油质量的1～10％，，优选为2～4％，更优选为3％。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤1)中，所述生物油与粗甘油的质量比为1：2～4，优选为1:2～3，更优选为1:2。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤2)中，所述蒸馏至气相终温为200℃～250℃，优选225℃～250℃。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤3)中，所述混合组分(甘油与木质素热解产物)与掺入其中的水的质量比为1：4～7，优选为1:4.5～5.5，更优选为1:5。

本发明所述的生物沥青制备方法中，步骤4)中，所述粗木质素热解产物于100～105℃加热至恒重状态。

作为本发明优选的实施方式之一，所述生物沥青的制备方法包括如下步骤：

1)将Cacl₂以质量百分比2～4％掺入由松木、杨木或柳木热解制得的生物油中，混匀；再加入生物柴油的副产物粗甘油，所述生物油与粗甘油的质量比为1：2～4，混匀；所述生物油是由松木、柳木或杨木热解制得的；

2)将步骤1)所得产物常压蒸馏至气相终温为225℃～250℃，分离出轻质组分以及包括甘油和木质素热解产物的混合组分；

3)以质量比1：4～7向所述混合组分中加水，混匀，静置2～2.5h，过滤，除去其中的水-甘油混合相，得到粗木质素热解产物；

4)将所述粗木质素热解产物于100～105℃加热至恒重状态，得到生物沥青；将所述水-甘油混合相进行常压蒸馏，分离出的甘油循环利用。

本发明还提供由上述方法制得的生物沥青。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用来源广泛、成本低廉、绿色环保及可再生的生物质资源为原料，其成本相对于常规的石油沥青有明显优势。