甲苯二异氰酸酯（TDI）是一种重要的化学原料，常用于制造聚氨酯等产品[1,2]。如图1所示，中国已经是TDI产量最大的国家。TDI主要通过光气法生产[3,4]，其中最关键的步骤是将甲苯二胺（TDA）光气化生成TDI。在合成过程中，TDI容易与其他物质发生聚合反应，形成聚合型甲苯二异氰酸酯（P-TDI）[5]。P-TDI作为废弃物收集在蒸馏塔底部或净化过程中的管道中[6]。
TDI的处理方法可分为两类：物理方法（如填埋和焚烧）和化学方法（如水解）[6],[7],[8],[9]。物理处理方法较为简单，但可能对环境造成危害。化学处理方法可以回收有价值的化学原料，如TDI和TDA[10],[11],[12],[13]。然而，复杂的回收技术和高昂的成本限制了TDI化学处理方法的进一步发展[6]。因此，寻找合适的TDI处理方法是一个紧迫的问题。
循环经济已成为全球可持续发展和减缓气候变化的重要策略[14,15]，成为世界各国经济和社会的重要新指导原则[16,17]。由于对资源的高需求和高耐受性，路面工程历来是废物循环利用的重要领域[18],[19],[20],[21]。在路面建设中利用废弃物有助于有效管理废物，并降低路面建设成本和碳足迹。各种废弃物，包括再生混凝土骨料（RCA）[22,23]、再生沥青路面（RAP）[19]、粉煤灰、橄榄核灰和橡胶[24],[25],[26],[27],[28]，已成功应用于路面工程。这些废弃物可以加工成再生骨料，用于建造路基、基层或底基层[22,29]。此外，废弃物还可以掺入波特兰水泥或沥青混合物中，以实现更高的循环利用率[30]。显然，这降低了项目成本并带来了显著的经济效益[31]。利用再生骨料的环境效益更为显著，例如减少了采石量和温室气体（GHG）排放[32]。W.Y. Tam等人报告称，在道路建设项目中用再生骨料替代50%的天然骨料，可减少约23%的温室气体排放[22]。Hossain等人表明，与天然粗骨料相比，再生粗骨料可使温室气体排放减少65%，不可再生能源消耗减少58%；再生细骨料也有类似效果[33]。Giani等人分析了使用温拌沥青（WMA）的含RAP沥青路面的环境可持续性，结果显示RAP和WMA的组合使二氧化碳排放减少了12%，能源消耗减少了15%，生命周期用水量减少了15%[34]。一些研究人员还开发了相变材料、温控储盐材料和其他功能性材料，提高了路面的可持续性[35,36]。显然，利用废弃物是减少道路建设碳足迹的有效策略。
然而，实现废弃物的有效回收面临重大挑战。废弃物本身的缺陷可能对路面材料的力学性能和耐久性产生不利影响[37]。研究表明，用RCA替代50%或更多的天然粗骨料和细骨料会显著降低混凝土的抗压强度[38]。Verian等人发现，由于RCA的孔隙率较高，使用RCA会降低混凝土的抗冻融性能[39]。同样，将RCA掺入热拌沥青（HMA）中会因表面多孔而降低其耐水性[40]。对于RAP，虽然可以增加沥青混合物的整体刚性并改善高温性能，但会降低低温性能[41,42]。Zhao等人建议在水泥混凝土和沥青混凝土路面中使用RAP，但需谨慎处理以防止疲劳损伤[43,44]。此外，某些固体废弃物（如钢渣（SS）和城市固体废物焚烧炉（MSWI）产生的粉煤灰）可能存在毒性[45,46]。因此，使用废弃物时必须谨慎。为避免这些问题，研究人员提出了改进措施，包括对废弃物进行预处理、调整设计以及采用合适的稳定方法[47],[48],[49]。总体而言，这些负面影响是可控的。
基于上述见解，将P-TDI用于沥青混合物在应对TDI处理挑战和减少道路建设碳足迹方面具有巨大潜力。然而，也必须准确评估使用P-TDI的潜在风险。因此，本研究旨在评估P-TDI在沥青混合物中的利用潜力。首先，研究了P-TDI的物理化学性质和微观形态，并提出了一种预处理方法。随后制备了沥青和含有P-TDI的沥青混合物。研究了P-TDI与沥青之间的相互作用机制，以及含有P-TDI的沥青混合物的孔结构和力学性能。最后，通过提取程序检测其浸出毒性，评估了P-TDI应用的环境风险。根据本研究提供的证据，可以得出结论：P-TID在沥青混合物中的循环利用具有很大潜力。然而，沥青对P-TID中有害物质的长期固化效应，以及含有P-TID的沥青混合物在实际复杂环境和载荷条件下的长期性能和毒性特征，仍需进一步研究。
P-TDI与沥青的相互作用机制
为了研究P-TDI与沥青之间的相互作用，本研究首先进行了FTIR和CPC测试。FTIR测试用于追踪沥青官能团的变化，并研究P-TDI与沥青之间的相互作用机制。P-TDI的FTIR光谱见图4(a)，不同P-TDI含量的沥青FTIR光谱见图4(b)。如图4(a)和图4(b)所示，沥青的FTIR光谱没有出现新的变化
结论
为了解决TDI处理问题并减少道路建设的碳足迹，本研究评估了P-TID在沥青混合物中的循环利用潜力。对P-TID进行了预处理，并设计了含有P-TDI的沥青混合物。研究了P-TID与沥青之间的相互作用，明确了含有P-TID的沥青混合物的力学性能，并初步评估了P-TID应用的环境风险。主要结论如下：
作者贡献声明
江北：撰写初稿、研究、数据分析、数据管理。肖欣：数据分析、数据管理。余辉：资源获取、资金筹集。曹中：研究、数据分析。史洪初：方法研究、研究。肖飞鹏：撰写、审稿与编辑、项目监督、方法研究。
利益冲突声明
所有作者确认本研究中不存在利益冲突。
