煤焦油沥青(Coal Tar Pitch,CTP)简称煤沥青,是以煤焦油为原料,经过蒸馏提取馏分(轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物,主要是由大于3环的多环芳烃(PAHs)、含O、N、S的杂环化合物以及少许炭粒构成。在国内,煤沥青产能过剩,价格低廉,但其具有良好的润湿、粘附和抗油浸蚀性能,所筑路面摩擦系数大,因此有许多学者致力于煤沥青路用性能的研究。煤沥青中含有部分EPA优先监控的16种PAHs,作为筑路材料,这16种多环芳烃会对人体和生态环境造成较大的危害,因此,本文重点研究了煤沥青中EPA优先监控的16种PAHs含量的检测方法、煤沥青中PAHs在水中浸出规律和受热时沥青烟释放规律,希望这些能够为煤沥青的路用研究提供参考。本文选用了5种不同性质和来源的煤沥青样品作为研究对象,用甲苯进行抽提,对抽提液进行气相色谱—质谱(GC-MS)检测分析,定性确定主要成分;又分别建立了气相色谱(GC)法和柱层析—高效液相色谱(HPLC)法来对甲苯抽提液中EPA优先监控的16种PAHs的定量分析方法,并对两种方法进行了对比;利用GC-MS和GC研究了煤沥青水浸取物中PAHs的成分及含量,考察了浸取时间、浸取温度、液固比、pH、煤沥青种类对浸取液中EPA优先监控PAHs含量的影响,比较透彻地研究了煤沥青水浸取物的成分和多环芳烃浸出规律,对以后煤沥青路用过程中可能存在的对水体污染的危害提供了一个参考;此外,利用本试验室自己建立的煤沥青烟产生与富集装置和热重分析仪(tg)对两种煤沥青进行煤沥青烟的分析,研究了加热速率、加热终温、煤沥青种类对沥青烟中epa优先监控pahs含量的影响。所得主要结论如下:(1)用甲苯作溶剂对煤沥青抽提10h能够得到良好的抽提效果。煤沥青甲苯抽提液中的芳烃主要是四环和五环芳烃,多为epa优控芳烃的同分异构体、同系物等;杂环芳烃为含n、o、s的化合物。gc法测定的煤沥青中epa优控pahs含量范围在91.88g/kg~116.96g/kg之间,其中中温煤沥青中的含量高于高温煤沥青,但bap当量毒性小于高温煤沥青。(2)甲苯抽提液中epa优控16种pahs可以通过柱层析来净化和预分离,洗脱溶剂依次为石油醚、甲苯和石油醚混合液(v:v=1:1)、甲苯。柱层析-hplc法能够有效分析煤沥青中pahs含量,且具有良好的准确度,尤其对同分异构体苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽具有很好的分离效果。(3)对比两种分析方法,gc法更加方便快捷,但是不能分离苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽;柱层析-hplc法可以分析出苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽,但是前处理过程复杂,操作繁琐,所需时间多,实验成本高。(4)gc-ms结果显示,煤沥青水浸取物中主要为四环以下化合物,其中epa监控的多环芳烃有苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘;水浸取物中含氮杂环芳烃含量占65.93%,含o杂环芳烃占23.79%。煤沥青颗粒中pahs的水浸出量随浸取时间的增加而增加,2h接近平衡;温度越高,浸出量越大,在30℃时水中多环芳烃浓度为122.92ug/l,60℃时水中pahs的浓度可达382.35ug/l;在60℃下,酸性条件能够增加多环芳烃的浸出量,软化点越高的煤沥青浸出的PAHs越少,其水浸取液的BaP当量毒性也小。(5)煤沥青的热重分析表明,煤沥青失重主要有干燥脱水和脱气阶段、轻质组分挥发和重质组分的分解阶段、热缩聚阶段,其中第二个阶段是主要失重阶段;用GC法测定两种煤沥青在120℃、140℃、160℃、180℃下释放烟气中PAHs含量,结果表明同一操作温度下,中温煤沥青产生的沥青烟中PAHs含量更多,且最终温度越高,PAHs含量越多。当温度大于160℃煤沥青才会释放五环芳烃。