废食用油用于沥青再生的应用前景分析

２０１３年１０月　石油沥青ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＡＳＰＨＡＬＴ　第２７卷第５期　・生产与应用・　废食用油用于沥青再生的应用前景分析　冷滨滨　，陈美祝　，吴少鹏　，　（１．武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉４３００７０；　２．武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉４３００７０）　摘要：我国废食用油已成为环境污染物，并冲击食品安全，如近年来地沟油事件频发，　严重危害着人们身心健康。废食用油中含有大量不饱和脂肪酸，类似于沥青中的油分，而沥　青老化后其油分会减少。根据沥青再生理论与相关研究，废食用油可作为低粘度油分用于沥　青再生，有望通过以废治废的方式，实现废食用油与废旧沥青路面材料的同时利用，有利于　环境保护，具有广阔的应用前景。为了实现废食用油在沥青再生领域的应用，应该重点开展　废食用油的分类与处理技术、废食用油对老化沥青的再生效果、再生机理以及应用技术等方　面的研究。　关键词：废食用油沥青再生应用　废食用油是指烹饪与食品加工中产生的废弃　调，恢复沥青原有性能。相容性理论从化学热力　油脂，包括煎炸废油、餐饮废油和地沟油；若直　学出发，认为掺人一定的再生剂使沥青组分间溶　接排放会污染环境，如水体富营养化等。研究表　度参数差减小，则沥青就可实现再生。其实这两　明，１　ｋｇ废食用油流入水体可污染１．５×１０　１１１　种理论本质上是一致的，并没有冲突，而是相互　的水面…。废食用油和食用油的主要成分是甘　补充的。沥青由沥青质、胶质（树脂）和油分　油三酯，食用油重新炼制再生以后，油分中多了　（饱和分和芳香分）组成，沥青组分与其使用性　许多致病、致癌的毒性物质。废食用油对人体健　能之间具有一定的相关性。沥青老化后主要是饱　康的危害很大，废食用油中重金属、溶剂残留量　和分减少、胶质和沥青质增多，具体表现为针人　等超标，长期食用可能会因必需脂肪酸缺乏而引　度变小、软化点升高、黏度变大、延性降低、复　起中毒现象，诱发癌症、动脉粥样硬化等疾　数剪切模量与蠕变劲度增大，表明老化使沥青弹　病　。据估算，废食用油的量占食用油消费总　性减弱，感温性减弱，抗疲劳开裂能力变差，缩　量的２０％～３０％，由此可估算我国废食用油的　短了路面使用寿命‘。’　。　年产生量约（５００～７５０）×１０　ｔ，其中能收集起　从化学的角度来看，沥青再生就是老化的逆　来作为资源利用的约４００　ｘ　１０　ｔ【３］，这是一笔很　过程，通常以相容性理论为理论依据，进行再生　重要的资源。然而，目前我国废食用油已成为一　沥青的组分调和，通过在老化沥青中掺加新沥青　种环境污染物，并冲击食品安全，如近年来地沟　材料或含有合适化学成分的再生剂，以恢复其性　油事件频发，严重危害人们的身心健康，废食用　能　．９　Ｊ。目前国内外沥青再生剂中４０％一９０％的　油的综合利用越来越引起人们的关注。　成分为低粘度组分，再掺增塑剂、抗老化剂等。　１废食用油用于沥青再生的可行性　１．１理论上的可行性分析　收稿日期：２０１３一ｏ４—２４。　目前沥青再生理论主要有组分调节理论和相　作者简介：冷滨滨（１９８９一），男，山东青岛人，２０１１年山　东轻工业学院材料学院无机非金属材料与工程专业本科毕　容性理论　Ｊ。组分调节理论是从化学组分出　业，现武汉理工大学材料学院材料学专业在读硕士研究生。　发，认为将老化沥青和原沥青的组分进行比较，　Ｅｍｍｌ：ｂｏｏｋｓｈｉ２＠ｙａｈｏｏ，ｅｎ　基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（项目　向老化沥青中加入失去的组分，使组分重新协　批准号：２０１３—１Ｖ一００４）　４８　石　油　沥　青　２０１３年第２７卷　废食用油的主要成分为油脂，在理论上可作为低　粘度组分用于老化沥青再生，可通过与某些助剂　复配后用于沥青再生。　１．２已有的相关研究　理指标和流变指标基本恢复到原样沥青水平，且　再生沥青短期抗老化水平要好于原样沥青；其分　析认为废食用油作为一种抗氧化剂或再生剂作用　于老化沥青，可以降低老化沥青中Ｃ＝０、Ｓ＝Ｏ　红外光谱峰的强度，而对Ｎ＝Ｏ却影响不大，通　过减少老化沥青中沥青质／软沥青的比例而再生　关于废食用油用于沥青再生的研究，近年来　国外有少量研究报道。美国有专利提到采用植物　提取的油脂作为沥青再生剂，这种再生剂既可用　于老化沥青再生，也可用用来软化原样沥青－１¨。　美国华盛顿州立大学Ｗｅｎ　Ｈ．Ｆ．教授提出采用废　食用油和粉煤灰生产“生物沥青”　（ｂｉｏａｓ—　ｐｈａｌｔ）¨　。马来西亚的Ａｓｉｌｉ　Ｈ．和Ｋａｒｉｍ　Ｍ．Ｒ．　老化沥青，但不能恢复到原始未老化沥青的水　平。　国内尚未开展废食用油用于老化沥青再生的　相关研究，但有相关专利中提到采用植物油来再　生或软化沥青，该再生剂各部分比例为植物油　５Ｏ％一８９％，沥青１０％～４８％，稳定剂０．０５％～　５％，防老剂０．１％一３．Ｏ％－１。。。　原样沥青、老化沥青与再生沥青的物理性能　见表１。　等¨３’¨　采用针人度、软化点、黏度和流变性能　指标以及红外光谱分析，研究了废食用油作为再　生剂用于老化沥青再生的可行性；结果发现废食　用油在３％一４％掺量下，能将老化沥青常规物　表１原样沥青、老化沥青与再生沥青的物理性能　注：Ａ０一原样沥青；ＡＩ一压力老化沥青；Ａ２一再生沥青；废食用油为煎炸废植物油。　由表１中可以看到，对于ＡＨ一７０、ＳＢＳ改　性两种老化沥青，６．０％、４．Ｏ％的煎炸废食用油　可以分别使其针入度、软化点、黏度均恢复到原　沥青的１００％、９０％以上，而延度则只能恢复到　７３％、３７％，有待进一步改善。上述已有的相关　研究进一步说明废食用油用于沥青再生是可行　的。　废食用油资源化利用主要有２种方式：　①水解提取脂肪酸，制取下游产品，如肥　皂、甘油等，缺点主要是利用量太少，且水解用　到硫酸会产生大量酸水，造成二次污染；　②醇解制备生物柴油，是一个非常好的方　向，但现有的技术存在成本高、催化剂不易回　收、易发生副反应、能耗高、环境污染等缺点。　这两种方法在水解或醇解过程中均会产生二次污　染，而且对废食用油质量要求都比较高，处理工　序复杂，需进行过滤、脱水、脱臭、脱色或脱　酸、降黏等处理¨　。　目前废食用油的２种主要利用方法在水解或　２废食用油用于沥青再生的优势与应用前景　２．１可拓宽废食用油的利用途径　废食用油是一种严重超标的酸败油脂，但同　时也是一种很重要的资源，因为它含有各种脂肪　酸。多年来，世界各国特别是发达国家对废食用　油的再利用开展了深入研究Ｌ１　－１７］，目前国内外　醇解过程中均会产生二次污染，而且对废食用油　第５期　冷滨滨等．废食用油用于沥青再生的应用前景分析　４９　质量要求都比较高，需进行过滤、脱水、脱臭、　脱色或脱酸、降黏等处理。废食用油用于沥青再　生，其质量要求相对较低，而且可以拓宽其资源　化利用途径。　２．２可为废旧沥青路面材料的再生利用提供廉　价的原料　应用提供了广阔的前景。　３废食用油用于沥青再生的关键技术　废食用油用于老化沥青的再生，不仅具备可　行性，而且具有显著的环境效益和社会效益，应　用前景广阔。然而，废食用油用于沥青的再生是　目前国内外用于沥青再生的材料主要有沥青　个复杂的过程。废食用油来源与组成多变，同　时废旧沥青组成复杂，废食用油用于沥青再生的　一乳液、泡沫沥青、软沥青、再生剂等　】，其　效果受多种因素综合作用，这些特点增加了废食　中再生剂一般是原油蒸馏产物（如柴油、机油、　润滑油等）以及其它富含芳烃的矿物油和树脂，　但都存在一些问题，如柴油、机油等轻质油类虽　然对沥青的渗透和软化效果较好，但其闪点低，　一般都不足１００　ｏＣ，施工安全性低；重质矿物油　类再生沥青的高低温性能不理想，改性剂价格昂　贵；其他富含芳烃类的矿物油在高温加热过程中　会释放对人体有害的有毒气体等；最重要的是石　油为不可再生资源。废食用油的前身是天然油　脂，具有量大价廉、闪点高、黏度低等特点，同　时经过高温过程其耐热性强，而且沥青可以固化　废食用油中的有害物质。因此，废食用油用于老　化沥青的再生具有其自身的优势。　２．３废食用油在废旧沥青路面材料再生中的应　用前景　道路材料历来被认为是消纳废弃物的有效途　径，将废食用油用于废旧沥青路面材料的再生利　用，具有消纳量大、以废治废的特点，应用前景　广阔。　沥青路面以其优越的路用性能而被广泛应用　于道路工程，在世界各国已建高速公路中，沥青　路面占８０％以上；我国高速公路已达９．７×１０　ｋｍ，其中９０％以上为沥青路面拉引。若每年道路　翻修率按１２％计，则我国每年废旧沥青混合料　发生量约２２０　Ｘ　１０　ｔ，如不利用，会造成资源浪　费、环境污染等问题。　废旧沥青混合料回收利用的关键是老化沥青　的再生　Ｉ３。］。再生剂用量若按老化沥青的１０％　计，则每年我国需要再生剂约２００　Ｘ　１０　ｔ，接近　我国每年可资源化利用的废食用油量的一半。随　着我国公路网的日趋完善，高速公路大规模养护　期的到来，每年需要再生利用的废旧沥青混合料　会逐年增加，由此再生材料的需求量也必然增　加，这为废食用油在废旧沥青路面材料再生中的　用油用于沥青再生研究的难度。废食用油最终要　成功应用于废旧沥青路面材料的回收利用，目前　还有一系列关键技术问题有待解决。　３．１废食用油的分类与处理　废食用油来源与组成多变，不同的废食用油　其物理化学性能完全不同，如何对其进行分类与　处理，以为其在在废旧沥青路面材料再生中的应　用提供方法。　３．２废食用油对老化沥青的再生效果　废食用油对老化沥青的再生效果，是废食用　油成功应用于废旧沥青路面材料回收利用的重要　判据。研究分析废食用油的掺人对沥青和沥青混　合料的各项性能的影响规律，是进一步优化废食　用油对老化沥青再生效果的关键。　３．３废食用油对老化沥青再生的作用机理　结合沥青再生理论，揭示废食用油在沥青再　生中的作用机理，是进一步提出废食用油用于沥　青再生的质量要求和调控方法的关键。　３．４废食用油在沥青再生中的应用技术　沥青再生实际在应用中是废旧沥青混合料的　再生利用，即通常是把再生材料加入废旧沥青混　合料中，而不是从废旧沥青混合料中抽取废旧沥　青再加入再生材料。目前关于沥青路面再生有热　再生、冷再生与温拌再生等不同技术。对于废食　用油用于沥青再生，选用哪种技术对其再生效果　有利，也需要开展研究。　４结语　ａ）废食用油与老化沥青均是我国当前急需　资源化利用的两种废弃物，目前人们已开始认识　到废食用油可以用于老化沥青的再生，但还没有　开展系统、深入研究。　ｂ）废食用油用于废旧沥青路面材料的再生　利用，一方面可以拓宽其资源化利用途径，同时　可以为废旧沥青路面材料再生利用提供量大价廉　石　油　的原料，而且应用前景广阔。　Ｃ）为实现废食用油在废旧沥青路面材料再　生中的应用，应重点开展废食用油的分类及处理　技术以及再生效果、再生机理、应用技术等方面　的研究，为其实际工程应用提供理论基础与技术　指导。　参考文献　［１］　马遇涵．废弃油脂的管理与利用［Ｊ］．能源研究　与利用，２００１，（０２）：６—８．　［２］　余擎宇，何若滢．地沟油对人体健康的危害［Ｊ］．　粮油食品科技．２０１１，１９（０４）：３６—３７．　［３］　冀星，李淑梅，李丽，等．废弃油脂收集利用体　系中存在的问题与治理对策［Ｊ］．中国资源综合　利用，２０ｏ５，（Ｏ３）：９—１２．　［４］　吕伟民．沥青再生原理与再生剂的技术要求［Ｊ］．　石油沥青，２００７，２１（０６）：１—６．　［５］　王培荔．沥青路面老化和再生机理分析［Ｊ］．山　西交通科技，２００７，（０１）：１４—１６．　［６］　Ｇｕｅｒｎ　Ｍ．Ｌ，Ｃｈａｉｌｌｅｕｘ　Ｅ，Ｆａｒｃａｓ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｐｈｙｓｉｃｏ—　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｆｉｖｅ　ｈａｒｄ　ｂｉｔｕｍｅｎｓ：Ｉｎｄｅｎｔｆｉｃａ・　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｐｅｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｂｅ－　ｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ａｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１０，８９　（１１）：３３３０—３３３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