利用秸稈制備環保融雪劑及其性能研究

馮守中 冒衛星 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保型融雪劑，從融雪劑融冰能力和對混凝土的腐蝕性以及對作物的傷害等方面作了詳細的實驗和分析，得出了從長遠角度來看，環保型融雪劑表現出了良好的經濟效益和社會效益，是一種可以替代傳統融雪劑的環保經濟型融雪劑。

關 ?鍵 ?詞：環保融雪劑;秸稈;腐蝕性;性能

中圖分類號：TQ115 ?????文獻標識碼： A ??????文章編號： 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

在我國北方，冬季由于氣溫較低，路面出現結冰和積雪，融化冰雪需要時間較長，導致車輛和行人在路面行駛或行走時對路面的附著力降低，極易造成行人滑倒和車輛側滑，容易引發交通事故。從古至今，在我國除雪方式很多，人工除雪是較早采用的除雪方式，隨著時間的推移，融雪劑除雪逐漸取代了人工除雪，但隨著國家環境保護力度的加大，經濟又環保的融雪劑就應運而生。CMA（醋酸鈣鎂鹽）環保型融雪劑具有融雪效率高、腐蝕性低、毒性低、可生物降解等優點，但它也有缺點，與傳統氯鹽融雪劑相比，融冰能力相對較弱[1-6]。目前國內對環保型融雪劑的研究主要有以下兩種，一種是無機-有機復合型融雪劑，其融雪速度快，對水泥的腐蝕性較小，同時還能改良堿性土壤。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農田和綠化植被破壞性極低、對混凝土等材料的腐蝕性小，而且生產工藝簡單 [7，8]。魯先陽等[9]人研究了不同融雪劑對不同植物的受害現象，得出結論，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 鈉鹽融雪劑對植物的傷害比鈣鹽小，由此可見傳統的氯鹽融雪劑對植物的傷害較大。總之目前急需開發能夠替代氯鹽型融雪劑、低成本的環保型融雪劑已成為當今研究熱點。

1 ?實驗部分

1.1 環保型融雪劑的制備

1.1.1 ?實驗設備及材料

本研究使用的設備和試劑有：秸稈燃燒爐;反應池（自建）;稻草/小麥秸稈（取自當地農戶家里）;

工業級氫氧化鉀（嘉祥縣大海化工有限公司）;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，產生的氣體經過過濾后通入氫氧化鉀溶中。待二氧化碳氣體與氫氧化鉀充分反應后（溶液pH為弱堿性即可），將一定量秸稈灰投入反應池，攪拌混合，將醋酸溶液按一定比例投入到反應池中，攪拌反應完全后，烘干收料得到環保型融雪劑（見圖1）。

1.2 融冰能力測試

1.2.1 ?實驗儀器及試劑

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;100 mL量筒，四川蜀牛玻璃儀器有限公司;氯化鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司;氯化鉀，分析純，國藥集團化學試劑有限公司;醋酸鉀，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2.2 ?融冰能力測試

分別測試純的氯化鈉、氯化鉀、醋酸鉀和制備的環保型融雪劑的融冰能力。實驗過程是在150 mL燒杯內分別加入100 mL的水，放入冰柜中凍成冰，調節冰柜溫度至-10 ℃，10 g融雪物質均勻撒在冰塊上面，用不同時間出水量，間接表示融雪能力（見表1）。

由表1可知，環保型融雪劑融冰能力最強，其次是氯化鈉、最小的是氯化鉀。融雪試驗由于影響因素很多，在實驗室很難實現，所以，本實驗用融冰能力來代表融雪能力，在恒溫冷凍箱中做實驗。為了后續的在實驗室的融冰實驗，必須將固體融雪劑配成水溶液，并測定其融冰效果。其方法是：50 mL水分別加入到5個100 mL瓷蒸發皿中，放入-10 ℃恒溫箱內冷凍12 h，制備成相同規格的冰塊。取融雪劑固體試樣，將每個樣品配成濃度為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后計量液體的總量（見表2）。

由上述實驗可知，融雪劑溶液濃度為5%時，無融化效果;當濃度為10%時，融化效果不明顯;當濃度為15%時，融冰水可達6 mL;當濃度為20%時，融冰水可達11 mL，當濃度為25時，融冰水達到11.7 mL;當濃度為25%出現結晶現象。可見在融雪劑的濃度從5%～25%范圍內，融雪效果隨著融雪劑濃度的增加而增加。當融雪劑的濃度達到25.5%時，溶液本身就出現了結晶現象。這是由于受融雪劑溶解度的限制，即-10 ℃時，溶液的濃度超過25%以后，因達到其飽和溶解度而出現結晶，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 ?融雪劑對混凝土凍融實驗

1.3.1 ?原材料及準備工作

（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、環保型融雪劑。

（3）融雪劑濃度

根據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，在鹽凍箱里進行鹽凍實驗，比較不同的融雪劑對不同強度的混凝土試塊的腐蝕程度。

1.3.2 ?實驗步驟

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

（2）將試塊放入已經預先降溫至-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。

（3）冷凍時間的計算從冷凍箱溫度重新將至-20 ℃時開始計算，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。凍融循環過程中，檢查液面高度是否符合要求，本試驗共進行25次凍融循環。

（4）25次凍融循環結束后，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的渣粒，然后稱量每一個試塊的剩余質量。

（5）混凝土試塊的損失量計算公式如下：

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

1.3.3 ?結果及討論

不同濃度的融雪劑凍融實驗結果（見表3）。

表3的實驗結果均表明，三種融雪劑在相同濃度下，環保型融雪劑對混凝土試塊鹽凍損失最小，隨著融雪劑濃度的增加，混凝土試塊的質量損失也在不斷增加，當融雪劑的濃度達到5 %，混凝土試塊的質量損失達到最大，融雪劑對試塊的腐蝕最嚴重，當濃度大于5 %時，混凝土試塊的質量損失隨著濃度的增加而降低。

1.4 ?融雪劑對植物生長的影響試驗

1.4.1 ?實驗儀器及試劑

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，國藥集團化學試劑有限公司。

1.4.2 ?環保型融雪劑溶液的配制

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

1.4.3 ?植物培養

（1）空白對照試驗：需1株植物

（2）NaCl溶液試驗：每個濃度重復3次，共9次，需9株植物。

（3）環保型融雪劑：每個濃度重復3次，共9次，需9株植物

從道路綠化帶選取生長健壯，大小相近，無病蟲害的植株19株，分別以質量濃度為1，5，10 g/L的環保型融雪劑溶液進行處理，并分別重復3盆，每天澆灌1次，每株每天澆灌量為200 mL。NaCl溶液和空白對照與環保型融雪劑溶液處理方法相同。每天觀察植物的生長狀況，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 論

（1）與傳統的氯化鈉型融雪劑相比，環保型融雪劑的融冰能力更強。

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

（3）與傳統的氯化鈉型融雪劑相比，環保型融雪劑于含有K，Ca，Mg，N，S，P等對作物生長有利的營養成分，使得環保型融雪劑不但不傷害植物，而且還會促進植物的生長。

參考文獻：

[1]李華芳.環保型融雪劑的研究新進展[J]. 中國科技信息，2008 （14）： 27-29.

[2] 王明銘，安曉雯，王維等.復合CMA環保型融雪劑對碳鋼的腐蝕率研究[J].化學世界， 2011 （10）： 595-596.

[3] 欒國顏，劉洋，王鵬等. 生物質制備環保型融雪劑的實驗研究[J].吉林化工學院學報， 2011，28（9）： 1-3.

[4] 查湘義. ?CMA融雪劑對水泥混凝土的影響試驗研究[J].宜春學院學報，2016， 38 （9）： 50-52.

[5] 劉婧，劉恒明，史可玉.幾種融雪劑的性能比較研究[J].廣東化工，2015， 42 （3）： 18-19.

[6] 姚藝，姚樂.含氯融雪劑（鹽）對交通基礎設施的影響研究進展[J].當代化工，2015， 44 （6）： 1359-1360.

[7]曹靜剛， 周文濤. 一種無機-有機復合環保型融雪劑：中國專利，201310058011.0[P].2013-02-25.

[8]孫心淼.一種經濟型環保融雪劑及其制備方法：中國專利，201510840289.2.0[P].2015-11 -27.

[9] 魯先陽，王菲，宋南.不同類型融雪劑對高速公路兩旁植物的傷害及修復[J].現代園林，2013，10（10）：61-65.