醋酸廢液合成融雪劑的方法研究

崔彩花 程秀花

摘 ? ? ?要： 為減少雨雪天氣帶來的危害，同時加強對竹木的利用，結合融雪劑合成的相關理論，提出一種利用竹醋液合成融雪劑的方法。在該方法中，首先利用竹材干燥的方式制備竹醋液，然后將得到的竹醋液與氧化鈣反應，并加入活性炭粉，經脫色干燥得到制備的融雪劑，最后采用試驗對比的方式，將制備的融雪劑與氯化鈉和氯化鈣的融雪性能進行對比，得到在相同摩爾比下，制備的融雪劑其融冰體積最大，具有更好的融雪性能。

關 ?鍵 ?詞：融雪劑;竹醋液;有機酸鈣;合成實驗

中圖分類號：X703 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）12-2777-04

Abstract： In order to reduce the hazards caused by rain and snow， and strengthen the utilization of acetic acid waste liquor， a method of synthesizing snow-melting agent from acetic acid waste liquor was proposed based on the related theory of synthesis of snow-melting agent. In this method， bamboo vinegar was first prepared by drying bamboo， then the bamboo vinegar reacted with calcium oxide， and activated carbon powder was added. The prepared snow-melting agent was obtained by decolorizing and drying. Finally， the snow-melting performance of prepared snow-melting agent was compared with that of sodium chloride and calcium chloride by means of experiment comparison at the same molar ratio. The results showed that the prepared snow-melting agent had the largest volume of melting ice and the best melting snow performance.

Key words： Snow melting agent; Bamboo vinegar; Calcium organic acid; Synthetic experiment

冬季時，經久不化的積雪給人們帶來了出行不便等諸多問題，而使用融雪劑是一種簡單易行、直接有效的除雪方法。常見的融雪劑以氯化鈉為主，雖然具有較好的性能，但是也存在著環境污染、腐蝕道路等問題。目前，有機酸鹽融雪劑因為具有能夠自然降解等優點，已成為了世界各國相關研究的熱點[1，2]。鑒于上述背景，本文針對竹醋液合成融雪劑的方法展開研究，以竹炭生產過程中的副產物—竹醋液作為原材料合成融雪劑，旨在促進融雪劑向更加環保的方向發展。

1 ?融雪劑融冰雪機理

對融雪劑來講，在其融化的雪水后，冰點一般會在零度以下。比較典型的就是氯化鈉融雪劑，這種融雪劑冰點會在-10 ℃左右，而氯化鈣的冰點可以達到-20 ℃左右。研究認為，醋酸類融雪劑的冰點可達到-55 ℃左右，由此看出醋酸類融雪劑體現出良好的融冰性能。通過上述的分析看出，鹽類的溶解可起到良好的降低凝固點的作用。而有些鹽類，如CaCl2在溶于水之后，會釋放出大量的熱量，以此使得在加入CaCl2之后，很難形成冰塊。另外，融雪劑在溶于水之后，還可以提高水中離子的濃度，進而使水的液相蒸氣壓降低，但是冰雪的固態蒸氣壓卻沒有任何的變化。而為了達到冰水混合物固液蒸汽壓相等的局面，此時的冰雪必須要溶化。由此，人們認為這就是融雪劑能夠融冰的一個重要原因。

而在實際的應用中，車輛在道路上行駛，會壓實路面上的冰雪，并擠壓撒在路面的融雪劑。此時融雪劑中的易潮解固態物質在吸收了空氣當中的水分之后，會發生潮解現象，進而在冰雪表面出現少量的水。當車輪對冰雪沖擊的作用下，會與這些水形成溶液，使得固液相的化學式不等，進而使得兩者冰雪不能共存，由此就必須要從一相向另外的一相轉換。通常情況下，固相化學勢大于液相化學勢，從而使得固相朝液相轉化，繼而使得冰雪開始融化，也就是變為了水。

2 ?竹醋液主要成分

在秸桿、木屑等生物質的氣化轉化過程中會產生大量煙氣混合物，這些煙氣混合物經過冷凝分離處理后可得到醋酸廢液，即木醋液。根據生物質原料的不同，我國常見的木醋液以木醋液與竹醋液為主。本文的研究對象為竹醋液，其成分組成如表1所示。

由表1所示的竹醋液成分組成可以看到，竹醋液的主要成分為水分以及醋酸等有機酸， 另外還含有少量的醛、酚、酮等[3]。當竹醋液經過蒸餾及脫色等工藝進行處理后， 對環境的影響會進一步下降，因此以竹醋液合成的融雪劑更加環保。

3 ?材料與方法

3.1 ?實驗儀器

本研究中所使用的主要實驗儀器如表2所示。

3.2 ?實驗試劑與材料

本研究中所使用的實驗試劑與材料如表3所示。

3.3 ?試驗方法

3.3.1 ?竹醋液的制備與提純

首先選取竹材并進行清潔處理，干燥后制成條狀;將竹條置于炭化爐中，以300 ℃至700 ℃的不同溫度條件進行炭化;分別收集竹材在不同溫度條件炭化時所產生的竹醋液，靜置后提取上清液并以≤118 ℃進行蒸餾精制;最后，以酸度計以及NaOH溶液（濃度C=0.1 mol/L）測定經過蒸餾精制的竹醋液pH值。

3.3.2 ?竹醋基有機酸鈣的制備

首先選取定量經過提純的竹醋液，加入過量5%的CaO，充分攪拌后置于室溫條件下反應40 min;過濾除去不溶物后，以0.002 g/mL的比例加入活性炭粉，再將其置于振蕩儀中，在40 ℃條件下脫色40 min;將經過脫色處理后的溶液進行過濾，干燥后得到竹醋基有機酸鈣，即CaOA。

3.3.3 ?性能測定

（1）結冰溫度的測定

以0.05 mol/L配置NaCl、CaCl2、CaOA三種鹽溶液，分別取400 mL作為樣品，對應編號為A1、A2、A3;以0.1 mol/L配置三種鹽溶液，分別取400 mL作為樣品，對應編號為B1、B2、B3;以3 g/L配置三種鹽溶液，分別取400 mL作為樣品，對應編號為C1、C2、C3;以6 g/L配置三種鹽溶液，分別取400 mL作為樣品，對應編號為D1、D2、D3。將上述樣品以500 mL塑料瓶密封并置于循環泵中進行冷卻，觀察樣品的結冰情況。

（2）融冰溫度的測定

以塑料瓶分別取12份100 mL的自來水，將其置于循環泵中進行冷卻直至結冰;以3份自來水為1組，將12份自來水分為4組，分別向4組已經結冰的自來水中加入0.025、0.05 mol， 2、4 g三種融雪劑;在-2 ℃的條件下，每間隔1 h測量一次融水的體積，直至融水的體積不再變化。

3.3.4 ?凍融實驗

融雪劑的制備，在實際的使用中是否會對路面混凝土存在傷害，是當前思考的重點。對此，本文構建凍融實驗，以驗證本實驗制備的醋酸融雪劑對混凝土的傷害。對此，本文采用圖1所示的實驗裝置。

具體實驗步驟為：

（1）選取P.042.5水泥、粗骨料、細骨料、減水劑等作為原材料，制備大小為100 mm×100 mm×100 mm的混凝土試件;

（2）配置竹醋基有機酸鈣鹽溶液，并將配制好的鹽溶液放入圖1裝置中;

（3）在（20±3）oC的鹽溶液溫度中，對混凝土試件進行浸泡，在浸泡4 d后，取出試件，然后擦去試件表面水分。稱重并測定混凝土試件的抗壓強度;

（4）將混凝土試件放入冰進行冷凍實驗，冷凍時間為6 h，取出然后浸泡4 h。由反復對混凝土時間進行凍融。直到混凝土試件的質量損失率達到5%，此時凍融實驗結束，計算強度損失率。具體計算為：

4 ?結果與討論

4.1 ?竹醋液的制備與提純

根據前文所述方法制備竹醋液，并對其進行蒸餾提純后，以酸度計以及NaOH滴定方法測定竹醋液中醋酸含量[4]，結果如表4所示。

根據觀察可知，自炭化爐收集得到的竹醋液呈深褐色，且炭化溫度越高則竹醋液顏色越深，而經過蒸餾精制后的竹醋液則呈淺黃色。由此可以確定，炭化過程中的溫度越高，所產生的竹醋液中焦油等成分的含量越多。

根據表4所示的測定結果可知，以酸度計測定的竹醋液中H+濃度均高于以NaOH滴定方法測定的竹醋液中H+濃度。由此可知，經過蒸餾精制后的竹醋液中仍含有醋酸以外的其他有機酸。表4所示結果顯示，在300～600 ℃的溫度條件下，炭化溫度越高則竹醋液的pH值越高，說明化溫度越高則竹醋液中的醋酸含量越低。分析其原因，是因為溫度越高則醋酸溶解度越小[5]。綜上，在300～500 ℃的溫度條件下進行竹材炭化所得到的竹醋液中醋酸含量最大。

4.2 ?竹醋基有機酸鈣的制備

取1 000 mL經過蒸餾處理后的竹醋液，根據前文所述的制備方法，最終制得的CaOA量如表5所示。

根據觀察可知，以活性炭粉對竹醋基有機酸鈣制品進行脫色處理后，其顏色由深褐色變為淺黃色。由此可知，經過脫色處理的竹醋基有機酸鈣制品基本不會對環境造成污染。由表5所示的結果可以看到，1 000 mL經過蒸餾處理后的竹醋液可以制得46.35 g CaOA。

4.3 ?竹醋基有機酸鈣結冰和融冰性能的測定

4.3.1 ?竹醋基有機酸鈣結冰性能的測定

由6所示的結果可知，在相同的溫度條件下，融雪劑的濃度會影響其結冰性能，濃度越高則開始結冰的溫度越高;在等物質濃度條件下，不同融雪劑的結冰性能有一定的差異，本文所制備的竹醋基有機酸鈣CaOA溶液的開始結冰溫度與完全結冰溫度均低于其他幾種融雪劑。由此可得出結論，竹醋基有機酸鈣CaOA的完全結冰溫度較低，是一種具備較好融雪性能的融雪劑。

4.3.2 ?竹醋基有機酸鈣融冰性能的測定

根據前文中所述的融雪劑融冰溫度測定方法，將三種鹽溶液樣品進行編號并進行測定，每次記錄的間隔為1 h，最終的測定結果如表7中所示。

根據表7所示的融冰性能測定結果可知，三種融雪劑在等摩爾條件下，質量越大則融冰性能越好，并且在等質量條件下也是如此。通過對比三種融雪劑的融雪性能，發現在相同質量條件下，NaCl溶液的融冰性能最好[6];而本文所制備的竹醋基有機酸鈣CaOA，則在相同摩爾條件下的融冰體積最大，表現出較好的融雪性能。綜上所述，竹醋基有機酸鈣CaOA的融冰性能稍弱于NaCl以及CaCl2。

4.3.3 ?凍融實驗結果

通過上述的凍融實驗，從外形來看，經過CaOA凍融后的混凝土試件物明顯裂紋。得到表8的凍融統計結果。

5 ?結 論

本文研究以醋酸廢液-竹醋液作為原料的融雪劑的合成方法，通過將經過蒸餾精制后的竹醋液與氧化鈣進行反應，在脫色等工藝處理后最終制得竹醋基有機酸鈣CaOA。本文對CaOA融雪劑的融冰性能進行了實驗研究，通過與NaCl等若干種常見融雪劑進行對比，最終得到以下幾點結論：

（1）竹炭生產過程中，溫度越高則產生的竹醋液 濃度越低;

（2）經過蒸餾精制后的竹醋液pH值約為3;

（3）1 000 mL精制竹醋液與過量5%（摩爾）的氧化鈣反應后，可得到46.35 g竹醋基有機酸鈣;

（4）相較于NaCl等其他融雪劑，竹醋基有機酸鈣的結冰溫度更低;

（5）在等摩爾條件下，竹醋基有機酸鈣的單位時間內融冰體積最大，融冰性能最好;

（6）在等質量條件下，竹醋基有機酸鈣的融冰性能則稍低于NaCl等其他融雪劑。

綜上所述，與NaCl等其他融雪劑相比，本文以醋酸廢液-竹醋液合成的竹醋基有機酸鈣融雪劑在融雪性能方面并不遜色，并且更加環保，具有較高的應用價值。

參考文獻：

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