利用秸秆制备环保融雪剂及其性能研究

    冯守中 冒卫星 刘立湘

    

    

    

    摘 ?????要：以稻草或小麦秸秆、醋酸、氢氧化钾为主要原料制备出一种环保型融雪剂，从融雪剂融冰能力和对混凝土的腐蚀性以及对作物的伤害等方面作了详细的实验和分析，得出了从长远角度来看，环保型融雪剂表现出了良好的经济效益和社会效益，是一种可以替代传统融雪剂的环保经济型融雪剂。

    关 ?键 ?词：环保融雪剂;秸秆;腐蚀性;性能

    中图分类号：TQ115 ?????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）03-0522-04

    Abstract： An environmentally-friendly snow-melting agent was prepared by using rice straw or wheat straw， acetic acid and potassium hydroxide as main raw materials. The ability of snow-melting agent to melt ice was analyzed as well as its corrosion to concrete， and the damage to crops. It's pointed out that the environmental-friendly snow-melting agent has good economic and social benefits， and can replace traditional snow melting agents.

    Key words： Environmental protection snow-melting agent; Straw; Corrosion; Performance

    在我国北方，冬季由于气温较低，路面出现结冰和积雪，融化冰雪需要时间较长，导致车辆和行人在路面行驶或行走时对路面的附着力降低，极易造成行人滑倒和车辆侧滑，容易引发交通事故。从古至今，在我国除雪方式很多，人工除雪是较早采用的除雪方式，随着时间的推移，融雪剂除雪逐渐取代了人工除雪，但随着国家环境保护力度的加大，经济又环保的融雪剂就应运而生。CMA（醋酸钙镁盐）环保型融雪剂具有融雪效率高、腐蚀性低、毒性低、可生物降解等优点，但它也有缺点，与传统氯盐融雪剂相比，融冰能力相对较弱[1-6]。目前国内对环保型融雪剂的研究主要有以下两种，一种是无机-有机复合型融雪剂，其融雪速度快，对水泥的腐蚀性较小，同时还能改良碱性土壤。另一种是用醋酸盐和低腐蚀性氯盐以及防腐蚀剂为主要原料制备的融雪剂对农田和绿化植被破坏性极低、对混凝土等材料的腐蚀性小，而且生产工艺简单 [7，8]。鲁先阳等[9]人研究了不同融雪剂对不同植物的受害现象，得出结论，受害程度最大的是含氯融雪剂、其次是氯化钠加肥料 、最小的是非氯盐融雪剂，其中 钠盐融雪剂对植物的伤害比钙盐小，由此可见传统的氯盐融雪剂对植物的伤害较大。总之目前急需开发能够替代氯盐型融雪剂、低成本的环保型融雪剂已成为当今研究热点。

    1 ?实验部分

    1.1 环保型融雪剂的制备

    1.1.1 ?实验设备及材料

    本研究使用的设备和试剂有：秸秆燃烧炉;反应池（自建）;稻草/小麦秸秆（取自当地农户家里）;

    工业级氢氧化钾（嘉祥县大海化工有限公司）;醋酸（某化工廠醋酸车间）。

    1.1.2 ?工艺流程

    将一定量的稻草/小麦秸秆在燃烧炉中然后，产生的气体经过过滤后通入氢氧化钾溶中。待二氧化碳气体与氢氧化钾充分反应后（溶液pH为弱碱性即可），将一定量秸秆灰投入反应池，搅拌混合，将醋酸溶液按一定比例投入到反应池中，搅拌反应完全后，烘干收料得到环保型融雪剂（见图1）。

    1.2 融冰能力测试

    1.2.1 ?实验仪器及试剂

    本研究使用的仪器包括：200 mL烧杯，四川蜀牛玻璃仪器有限公司;BC/BD-101HZ型冰柜，海尔集团;100 mL量筒，四川蜀牛玻璃仪器有限公司;氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司;氯化钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司;醋酸钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

    1.2.2 ?融冰能力测试

    分别测试纯的氯化钠、氯化钾、醋酸钾和制备的环保型融雪剂的融冰能力。实验过程是在150 mL烧杯内分别加入100 mL的水，放入冰柜中冻成冰，调节冰柜温度至-10 ℃，10 g融雪物质均匀撒在冰块上面，用不同时间出水量，间接表示融雪能力（见表1）。

    由表1可知，环保型融雪剂融冰能力最强，其次是氯化钠、最小的是氯化钾。融雪试验由于影响因素很多，在实验室很难实现，所以，本实验用融冰能力来代表融雪能力，在恒温冷冻箱中做实验。为了后续的在实验室的融冰实验，必须将固体融雪剂配成水溶液，并测定其融冰效果。其方法是：50 mL水分别加入到5个100 mL瓷蒸发皿中，放入-10 ℃恒温箱内冷冻12 h，制备成相同规格的冰块。取融雪剂固体试样，将每个样品配成浓度为5%、10%、15%、20%、25%的水溶液。分别取各浓度试样融雪剂6 mL，倒入制备好的冰块中，30 min后计量液体的总量（见表2）。

    由上述实验可知，融雪剂溶液浓度为5%时，无融化效果;当浓度为10%时，融化效果不明显;当浓度为15%时，融冰水可达6 mL;当浓度为20%时，融冰水可达11 mL，当浓度为25时，融冰水达到11.7 mL;当浓度为25%出现结晶现象。可见在融雪剂的浓度从5%～25%范围内，融雪效果随着融雪剂浓度的增加而增加。当融雪剂的浓度达到25.5%时，溶液本身就出现了结晶现象。这是由于受融雪剂溶解度的限制，即-10 ℃时，溶液的浓度超过25%以后，因达到其饱和溶解度而出现结晶，从而无法使其浓度再提高。可见融雪剂的浓度既不能过低也不能过高，适宜浓度为20%～25%。

    1.3 ?融雪剂对混凝土冻融实验

    1.3.1 ?原材料及准备工作

    （1）混凝土试块

    选用体积为15 cm×15 cm×15 cm的混凝土试块。

    （2）融雪剂

    选用3种不同的融雪剂分别为氯化钠、硝酸镁、环保型融雪剂。

    （3）融雪剂浓度

    根据本地的降雪情况以及融雪剂的溶解性，分别配制融雪剂浓度为2%，5%，10%，15%、20%及饱和溶液，在盐冻箱里进行盐冻实验，比较不同的融雪剂对不同强度的混凝土试块的腐蚀程度。

    1.3.2 ?实验步骤

    （1）试块在80℃恒温条件下烘干，取出试块，称量质量，并测量边长。选用体积为15 cm×15 cm×15 cm的混凝土试。

    （2）将试块放入已经预先降温至-20～-25 ℃的冷冻室，使液面高出试块8 mm左右，然后盖上塑料薄膜，以免溶液蒸发。

    （3）冷冻时间的计算从冷冻箱温度重新将至-20 ℃时开始计算，冷冻6 h，然后取出试块，置于室温为（20±10）℃空气中融化4 h，如此为一次冻融循环。冻融循环过程中，检查液面高度是否符合要求，本试验共进行25次冻融循环。

    （4）25次冻融循环结束后，用清水冲洗试块表面，然后将试块置于温度不高于80 ℃干燥箱中烘干。烘干后取出试块，用软毛刷刷掉试块表面松动的渣粒，然后称量每一个试块的剩余质量。

    （5）混凝土试块的损失量计算公式如下：

    损失量（kg/m2）=盐冻性试验试块质量损失（mg）/抗盐冻性试验试块表面积（mm2）。

    1.3.3 ?结果及讨论

    不同浓度的融雪剂冻融实验结果（见表3）。

    表3的实验结果均表明，三种融雪剂在相同浓度下，环保型融雪剂对混凝土试块盐冻损失最小，随着融雪剂浓度的增加，混凝土试块的质量损失也在不断增加，当融雪剂的浓度达到5 %，混凝土试块的质量损失达到最大，融雪剂对试块的腐蚀最严重，当浓度大于5 %时，混凝土试块的质量损失随着浓度的增加而降低。

    1.4 ?融雪剂对植物生长的影响试验

    1.4.1 ?实验仪器及试剂

    50 mL烧杯，四川蜀牛玻璃仪器有限公司;

    1 000 mL容量瓶，四川蜀牛玻璃仪器有限公司 ;氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

    1.4.2 ?环保型融雪剂溶液的配制

    分别称取1、5、10 g的环保型融雪剂和氯化钠，溶解并定容至1 000 mL，得到质量浓度分别为1，5，10 g/L的环保型融雪剂溶液和NaCl溶液。以水溶液作为空白。

    1.4.3 ?植物培养

    （1）空白对照试验：需1株植物

    （2）NaCl溶液试验：每个浓度重复3次，共9次，需9株植物。

    （3）环保型融雪剂：每个浓度重复3次，共9次，需9株植物

    从道路绿化带选取生长健壮，大小相近，无病虫害的植株19株，分别以质量浓度为1，5，10 g/L的环保型融雪剂溶液进行处理，并分别重复3盆，每天浇灌1次，每株每天澆灌量为200 mL。NaCl溶液和空白对照与环保型融雪剂溶液处理方法相同。每天观察植物的生长状况，拍摄照片并记录在表格中（见表4、表5、表6、图2、图3、图4）。

    2 ?结 论

    （1）与传统的氯化钠型融雪剂相比，环保型融雪剂的融冰能力更强。

    （2）氯化钠、硝酸镁、环保型融雪剂在相同浓度，环保型融雪剂对混凝土试块盐冻损失最小。随着融雪剂浓度的增加，混凝土试块的质量损失也断增加，当融雪剂的浓度达到5%达到最大值，之后随浓度增加而下降。

    （3）与传统的氯化钠型融雪剂相比，环保型融雪剂于含有K，Ca，Mg，N，S，P等对作物生长有利的营养成分，使得环保型融雪剂不但不伤害植物，而且还会促进植物的生长。

    参考文献：

    [1]李华芳.环保型融雪剂的研究新进展[J]. 中国科技信息，2008 （14）： 27-29.

    [2] 王明铭，安晓雯，王维等.复合CMA环保型融雪剂对碳钢的腐蚀率研究[J].化学世界， 2011 （10）： 595-596.

    [3] 栾国颜，刘洋，王鹏等. 生物质制备环保型融雪剂的实验研究[J].吉林化工学院学报， 2011，28（9）： 1-3.

    [4] 查湘义. ?CMA融雪剂对水泥混凝土的影响试验研究[J].宜春学院学报，2016， 38 （9）： 50-52.

    [5] 刘婧，刘恒明，史可玉.几种融雪剂的性能比较研究[J].广东化工，2015， 42 （3）： 18-19.

    [6] 姚艺，姚乐.含氯融雪剂（盐）对交通基础设施的影响研究进展[J].当代化工，2015， 44 （6）： 1359-1360.

    [7]曹静刚， 周文涛. 一种无机-有机复合环保型融雪剂：中国专利，201310058011.0[P].2013-02-25.

    [8]孙心淼.一种经济型环保融雪剂及其制备方法：中国专利，201510840289.2.0[P].2015-11 -27.

    [9] 鲁先阳，王菲，宋南.不同类型融雪剂对高速公路两旁植物的伤害及修复[J].现代园林，2013，10（10）：61-65.