利用秸稈制備環(huán)保融雪劑及其性能研究

馮守中 冒衛(wèi)星 劉立湘

摘 ?????要：以稻草或小麥秸稈、醋酸、氫氧化鉀為主要原料制備出一種環(huán)保型融雪劑，從融雪劑融冰能力和對(duì)混凝土的腐蝕性以及對(duì)作物的傷害等方面作了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和分析，得出了從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，環(huán)保型融雪劑表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是一種可以替代傳統(tǒng)融雪劑的環(huán)保經(jīng)濟(jì)型融雪劑。

關(guān) ?鍵 ?詞：環(huán)保融雪劑;秸稈;腐蝕性;性能

中圖分類號(hào)：TQ115 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 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

在我國(guó)北方，冬季由于氣溫較低，路面出現(xiàn)結(jié)冰和積雪，融化冰雪需要時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致車輛和行人在路面行駛或行走時(shí)對(duì)路面的附著力降低，極易造成行人滑倒和車輛側(cè)滑，容易引發(fā)交通事故。從古至今，在我國(guó)除雪方式很多，人工除雪是較早采用的除雪方式，隨著時(shí)間的推移，融雪劑除雪逐漸取代了人工除雪，但隨著國(guó)家環(huán)境保護(hù)力度的加大，經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的融雪劑就應(yīng)運(yùn)而生。CMA（醋酸鈣鎂鹽）環(huán)保型融雪劑具有融雪效率高、腐蝕性低、毒性低、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，但它也有缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)氯鹽融雪劑相比，融冰能力相對(duì)較弱[1-6]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保型融雪劑的研究主要有以下兩種，一種是無機(jī)-有機(jī)復(fù)合型融雪劑，其融雪速度快，對(duì)水泥的腐蝕性較小，同時(shí)還能改良?jí)A性土壤。另一種是用醋酸鹽和低腐蝕性氯鹽以及防腐蝕劑為主要原料制備的融雪劑對(duì)農(nóng)田和綠化植被破壞性極低、對(duì)混凝土等材料的腐蝕性小，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單 [7，8]。魯先陽等[9]人研究了不同融雪劑對(duì)不同植物的受害現(xiàn)象，得出結(jié)論，受害程度最大的是含氯融雪劑、其次是氯化鈉加肥料 、最小的是非氯鹽融雪劑，其中 鈉鹽融雪劑對(duì)植物的傷害比鈣鹽小，由此可見傳統(tǒng)的氯鹽融雪劑對(duì)植物的傷害較大。總之目前急需開發(fā)能夠替代氯鹽型融雪劑、低成本的環(huán)保型融雪劑已成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 環(huán)保型融雪劑的制備

1.1.1 ?實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

本研究使用的設(shè)備和試劑有：秸稈燃燒爐;反應(yīng)池（自建）;稻草/小麥秸稈（取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶家里）;

工業(yè)級(jí)氫氧化鉀（嘉祥縣大?；び邢薰荆?醋酸（某化工廠醋酸車間）。

1.1.2 ?工藝流程

將一定量的稻草/小麥秸稈在燃燒爐中然后，產(chǎn)生的氣體經(jīng)過過濾后通入氫氧化鉀溶中。待二氧化碳?xì)怏w與氫氧化鉀充分反應(yīng)后（溶液pH為弱堿性即可），將一定量秸稈灰投入反應(yīng)池，攪拌混合，將醋酸溶液按一定比例投入到反應(yīng)池中，攪拌反應(yīng)完全后，烘干收料得到環(huán)保型融雪劑（見圖1）。

1.2 融冰能力測(cè)試

1.2.1 ?實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

本研究使用的儀器包括：200 mL燒杯，四川蜀牛玻璃儀器有限公司;BC/BD-101HZ型冰柜，海爾集團(tuán);100 mL量筒，四川蜀牛玻璃儀器有限公司;氯化鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氯化鉀，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;醋酸鉀，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2.2 ?融冰能力測(cè)試

分別測(cè)試純的氯化鈉、氯化鉀、醋酸鉀和制備的環(huán)保型融雪劑的融冰能力。實(shí)驗(yàn)過程是在150 mL燒杯內(nèi)分別加入100 mL的水，放入冰柜中凍成冰，調(diào)節(jié)冰柜溫度至-10 ℃，10 g融雪物質(zhì)均勻撒在冰塊上面，用不同時(shí)間出水量，間接表示融雪能力（見表1）。

由表1可知，環(huán)保型融雪劑融冰能力最強(qiáng)，其次是氯化鈉、最小的是氯化鉀。融雪試驗(yàn)由于影響因素很多，在實(shí)驗(yàn)室很難實(shí)現(xiàn)，所以，本實(shí)驗(yàn)用融冰能力來代表融雪能力，在恒溫冷凍箱中做實(shí)驗(yàn)。為了后續(xù)的在實(shí)驗(yàn)室的融冰實(shí)驗(yàn)，必須將固體融雪劑配成水溶液，并測(cè)定其融冰效果。其方法是：50 mL水分別加入到5個(gè)100 mL瓷蒸發(fā)皿中，放入-10 ℃恒溫箱內(nèi)冷凍12 h，制備成相同規(guī)格的冰塊。取融雪劑固體試樣，將每個(gè)樣品配成濃度為5%、10%、15%、20%、25%的水溶液。分別取各濃度試樣融雪劑6 mL，倒入制備好的冰塊中，30 min后計(jì)量液體的總量（見表2）。

由上述實(shí)驗(yàn)可知，融雪劑溶液濃度為5%時(shí)，無融化效果;當(dāng)濃度為10%時(shí)，融化效果不明顯;當(dāng)濃度為15%時(shí)，融冰水可達(dá)6 mL;當(dāng)濃度為20%時(shí)，融冰水可達(dá)11 mL，當(dāng)濃度為25時(shí)，融冰水達(dá)到11.7 mL;當(dāng)濃度為25%出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象?？梢娫谌谘﹦┑臐舛葟?%～25%范圍內(nèi)，融雪效果隨著融雪劑濃度的增加而增加。當(dāng)融雪劑的濃度達(dá)到25.5%時(shí)，溶液本身就出現(xiàn)了結(jié)晶現(xiàn)象。這是由于受融雪劑溶解度的限制，即-10 ℃時(shí)，溶液的濃度超過25%以后，因達(dá)到其飽和溶解度而出現(xiàn)結(jié)晶，從而無法使其濃度再提高。可見融雪劑的濃度既不能過低也不能過高，適宜濃度為20%～25%。

1.3 ?融雪劑對(duì)混凝土凍融實(shí)驗(yàn)

1.3.1 ?原材料及準(zhǔn)備工作

（1）混凝土試塊

選用體積為15 cm×15 cm×15 cm的混凝土試塊。

（2）融雪劑

選用3種不同的融雪劑分別為氯化鈉、硝酸鎂、環(huán)保型融雪劑。

（3）融雪劑濃度

根據(jù)本地的降雪情況以及融雪劑的溶解性，分別配制融雪劑濃度為2%，5%，10%，15%、20%及飽和溶液，在鹽凍箱里進(jìn)行鹽凍實(shí)驗(yàn)，比較不同的融雪劑對(duì)不同強(qiáng)度的混凝土試塊的腐蝕程度。

1.3.2 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1）試塊在80℃恒溫條件下烘干，取出試塊，稱量質(zhì)量，并測(cè)量邊長(zhǎng)。選用體積為15 cm×15 cm×15 cm的混凝土試。

（2）將試塊放入已經(jīng)預(yù)先降溫至-20～-25 ℃的冷凍室，使液面高出試塊8 mm左右，然后蓋上塑料薄膜，以免溶液蒸發(fā)。

（3）冷凍時(shí)間的計(jì)算從冷凍箱溫度重新將至-20 ℃時(shí)開始計(jì)算，冷凍6 h，然后取出試塊，置于室溫為（20±10）℃空氣中融化4 h，如此為一次凍融循環(huán)。凍融循環(huán)過程中，檢查液面高度是否符合要求，本試驗(yàn)共進(jìn)行25次凍融循環(huán)。

（4）25次凍融循環(huán)結(jié)束后，用清水沖洗試塊表面，然后將試塊置于溫度不高于80 ℃干燥箱中烘干。烘干后取出試塊，用軟毛刷刷掉試塊表面松動(dòng)的渣粒，然后稱量每一個(gè)試塊的剩余質(zhì)量。

（5）混凝土試塊的損失量計(jì)算公式如下：

損失量（kg/m2）=鹽凍性試驗(yàn)試塊質(zhì)量損失（mg）/抗鹽凍性試驗(yàn)試塊表面積（mm2）。

1.3.3 ?結(jié)果及討論

不同濃度的融雪劑凍融實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3）。

表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，三種融雪劑在相同濃度下，環(huán)保型融雪劑對(duì)混凝土試塊鹽凍損失最小，隨著融雪劑濃度的增加，混凝土試塊的質(zhì)量損失也在不斷增加，當(dāng)融雪劑的濃度達(dá)到5 %，混凝土試塊的質(zhì)量損失達(dá)到最大，融雪劑對(duì)試塊的腐蝕最嚴(yán)重，當(dāng)濃度大于5 %時(shí)，混凝土試塊的質(zhì)量損失隨著濃度的增加而降低。

1.4 ?融雪劑對(duì)植物生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)

1.4.1 ?實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

50 mL燒杯，四川蜀牛玻璃儀器有限公司;

1 000 mL容量瓶，四川蜀牛玻璃儀器有限公司 ;氯化鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.4.2 ?環(huán)保型融雪劑溶液的配制

分別稱取1、5、10 g的環(huán)保型融雪劑和氯化鈉，溶解并定容至1 000 mL，得到質(zhì)量濃度分別為1，5，10 g/L的環(huán)保型融雪劑溶液和NaCl溶液。以水溶液作為空白。

1.4.3 ?植物培養(yǎng)

（1）空白對(duì)照試驗(yàn)：需1株植物

（2）NaCl溶液試驗(yàn)：每個(gè)濃度重復(fù)3次，共9次，需9株植物。

（3）環(huán)保型融雪劑：每個(gè)濃度重復(fù)3次，共9次，需9株植物

從道路綠化帶選取生長(zhǎng)健壯，大小相近，無病蟲害的植株19株，分別以質(zhì)量濃度為1，5，10 g/L的環(huán)保型融雪劑溶液進(jìn)行處理，并分別重復(fù)3盆，每天澆灌1次，每株每天澆灌量為200 mL。NaCl溶液和空白對(duì)照與環(huán)保型融雪劑溶液處理方法相同。每天觀察植物的生長(zhǎng)狀況，拍攝照片并記錄在表格中（見表4、表5、表6、圖2、圖3、圖4）。

2 ?結(jié) 論

（1）與傳統(tǒng)的氯化鈉型融雪劑相比，環(huán)保型融雪劑的融冰能力更強(qiáng)。

（2）氯化鈉、硝酸鎂、環(huán)保型融雪劑在相同濃度，環(huán)保型融雪劑對(duì)混凝土試塊鹽凍損失最小。隨著融雪劑濃度的增加，混凝土試塊的質(zhì)量損失也斷增加，當(dāng)融雪劑的濃度達(dá)到5%達(dá)到最大值，之后隨濃度增加而下降。

（3）與傳統(tǒng)的氯化鈉型融雪劑相比，環(huán)保型融雪劑于含有K，Ca，Mg，N，S，P等對(duì)作物生長(zhǎng)有利的營(yíng)養(yǎng)成分，使得環(huán)保型融雪劑不但不傷害植物，而且還會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。

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