環(huán)保型腐殖酸復(fù)合融雪劑的研究

洪 巖，朱寶偉，陳 紅

(營(yíng)口理工學(xué)院 化學(xué)與材料工程系，遼寧 營(yíng)口 115014)

融雪劑是一種以降低冰點(diǎn)來(lái)融冰除雪的化學(xué)混和物。其具有極強(qiáng)的吸水性和遇水易釋放溶解熱的特性。

我國(guó)幅員遼闊，北方冬季降雪頻繁而且單次降雪量大，大量降雪給交通帶來(lái)極大不便。雪后除雪工作是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，直接關(guān)系到行車和行人的安全。為了快速、高效的融冰除雪，人們開始使用融雪劑除雪。隨著氯鹽類融雪劑的大量使用，各種環(huán)境問(wèn)題也接連而至。每年因?yàn)槿谘﹦┑拇罅渴褂枚斐沙鞘芯G化植物枯死、路面及橋面破壞、金屬受損壞、地下水受污染等現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1]。最近美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，城市噴灑鹽水化雪還會(huì)破壞臭氧層[2]。融雪劑可分為氯鹽型和非氯鹽型兩類。氯鹽型融雪劑價(jià)格便宜、融雪效果較好。但隨氯鹽型融雪劑的使用，帶來(lái)了一些列“鹽害”問(wèn)題[3-5]。因此，開發(fā)一種替代氯鹽型且高效環(huán)保、可修復(fù)受損土地、腐蝕性低的融雪劑，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)[6-7]。

本實(shí)驗(yàn)將醋酸鹽、泥炭提取物腐殖酸進(jìn)行了復(fù)配，配制出環(huán)保融雪劑并對(duì)融雪劑的性能進(jìn)行了測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 材料

雪:自取(天然)； 豆種:市售； 鋅片、銅片:市售。

1.1.2 試劑

醋酸鎂、醋酸鉀、醋酸鈣為均為化學(xué)純(天津市大茂化學(xué)試劑廠) ；普通融雪劑市售；腐殖酸實(shí)驗(yàn)室自制。

2.1.3 儀器

實(shí)驗(yàn)主要儀器： PHS-3B精密pH計(jì)(上海虹益儀器儀表有限公司)；JY系列電子分析天平(上海方瑞儀器有限公司)；BCD-192KTJ冰箱(青島海爾股份有限公司)；4530F原子吸收分光光度計(jì)(上海儀電分析儀器有限公司)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)配融雪劑制備的方法

1.2.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)

采用醋酸鎂、醋酸鉀、醋酸鈣進(jìn)行了復(fù)配研究，并與普通融雪劑進(jìn)行了融雪比較，具體操作如下：稱取復(fù)配的醋酸鹽融雪劑和普通融雪劑→分別放入已稱量雪的小燒杯→至于-20～-25℃的冰箱內(nèi)→觀察融雪情況→計(jì)算融雪速率。

1.2.1.2 正交實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)因素水平表→數(shù)據(jù)分析→確定較佳融雪條件及各因素影響大小順序→確定最優(yōu)方案→計(jì)算融雪速率。

1.2.2 環(huán)保型雪劑制備的方法

稱取1 g最優(yōu)配方復(fù)配融雪劑→加入泥炭腐殖酸→測(cè)pH值→根據(jù)國(guó)標(biāo)和實(shí)際情況選擇加入腐殖酸的量→得到最終產(chǎn)品。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 融雪性能測(cè)試

分別稱取不同的融雪劑各1 g，放入已稱量雪的小燒杯中，并置于-20～-25℃冰箱內(nèi)。記錄已稱量的雪質(zhì)量和融化所需時(shí)間，則單位時(shí)間內(nèi)雪融化的速率計(jì)算如下，融化速率=雪質(zhì)量(g)/融化所需時(shí)間(min)。

1.3.2 pH值檢測(cè)

用標(biāo)液校準(zhǔn)PHS-3B型精密pH計(jì)，稱取1g環(huán)保型融雪劑，溶解后用PHS-3B型精密pH計(jì)測(cè)其pH值。

1.3.3 重金屬含量檢測(cè)

將配制的環(huán)保型融雪劑產(chǎn)品稀釋，采用4530F型原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，按國(guó)家道路除冰雪融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T23851-2009)檢測(cè)高效環(huán)保型融雪劑中汞、鎘、鉻、鉛、砷的含量。

1.3.4 對(duì)金屬的腐蝕性試驗(yàn)

選取銅片、鋅片各兩片，分別放入環(huán)保型融雪劑和普通融雪劑中，浸泡48 h后取出，在空氣中放置48 h，稱量腐蝕前后質(zhì)量并記錄。

1.3.5 對(duì)植物生長(zhǎng)影響試驗(yàn)

選取兩個(gè)大小規(guī)格相同的盤，盤中種植相同數(shù)量的豆子。每天在盤中分別澆等量的水和環(huán)保型融雪劑溶液，觀察其生長(zhǎng)情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1.1 融雪劑的復(fù)配

1)將醋酸鉀和醋酸鎂以1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1(g∶g)的比例混合，并與普通融雪劑相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示醋酸鉀和醋酸鎂復(fù)配的效果好于傳統(tǒng)的融雪劑，當(dāng)醋酸鉀∶醋酸鎂為7∶3(g∶g)(I)時(shí)融雪效果最好。

2)將醋酸鉀和醋酸鈣按1)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)醋酸鉀∶醋酸鈣為=9∶1(g∶g)(II)時(shí)融雪效果最好。

3)以融雪劑(I)中最佳配比為X和融雪劑(II)中最佳配比為Y，X和Y按10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10(g∶g)的比例混合即為融雪劑III?？疾榱巳谘﹦㊣II的融雪效果。

結(jié)果顯示：采用醋酸鹽復(fù)配的融雪劑融雪速率好于普通融雪劑，在配比為醋酸鉀：醋酸鎂：醋酸鈣為16∶3∶1(g∶g∶g)時(shí)融雪速率最快，為0.1417g/min，普通融雪劑為0.1227g/min。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)2.1的單因素實(shí)驗(yàn)，選用三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)考察三種醋酸鹽的最佳配比，因素水平表見表1，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，以上三個(gè)因素對(duì)融雪速率的影響的主次順序依次為A>C>B ，即：醋酸鉀質(zhì)量 > 醋酸鈣質(zhì)量 > 醋酸鎂質(zhì)量。從極差數(shù)據(jù)分析，得出融雪速率最佳條件A2B2C2，即：醋酸鉀質(zhì)量17g、醋酸鎂質(zhì)量4g、醋酸鈣質(zhì)量2g。

2.3 含泥炭腐殖酸環(huán)保型融雪劑的配制

稱取六份最優(yōu)配比的融雪劑分別置于1～6號(hào)小燒杯中，且每份均稱取1g。在1～6號(hào)小燒杯中分別加入0.05g、0.07g、0.09g、0.11 g、0.13 g、015 g腐殖酸。測(cè)其pH值分別為6.92、6.85、6.54、6.28、6.22、6.02。

根據(jù)國(guó)家道路除冰雪融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T23851-2009)的pH值范圍，并結(jié)合營(yíng)口地區(qū)中土地多為鹽堿地，因此選擇環(huán)保型融雪劑中腐殖酸的加入量為0.13g。

2.4 環(huán)保型融雪劑的性能測(cè)試

2.4.1 pH值檢測(cè)及結(jié)果分析

根據(jù)高效環(huán)保型融雪劑的制備過(guò)程中PHS-3B型精密pH計(jì)的檢測(cè)結(jié)果，可得到pH值范圍為6.0～7.0。符合國(guó)家道路除冰雪融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T23851-2009)[8]。

2.4.2 對(duì)金屬的腐蝕測(cè)試實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

選取兩個(gè)銅片和兩個(gè)鋅片，銅片標(biāo)記為1、2號(hào)，鋅片標(biāo)記為3、4號(hào)。稱重并記錄。稱取兩份環(huán)保型融雪劑分別置于1、3號(hào)小燒杯，且每份均稱1g。稱取兩份普通融雪劑分別置于2、4號(hào)小燒杯，且每份均稱1g。按實(shí)驗(yàn)1.3.4進(jìn)行，結(jié)果如表3。

表3 銅片、鋅片腐蝕前后對(duì)比表

通過(guò)腐蝕性實(shí)驗(yàn)觀察，由表中數(shù)據(jù)得出含泥炭腐殖酸環(huán)保型融雪劑腐蝕性明顯低于普通融雪劑的腐蝕性。

2.4.3 對(duì)植物生長(zhǎng)影響實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

按實(shí)驗(yàn)1.3.5進(jìn)行植物生長(zhǎng)分析，觀察含泥炭腐殖酸融雪劑對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響，結(jié)果如圖1所示。通過(guò)觀察盆中豆種生長(zhǎng)情況可以看出含腐殖酸環(huán)保型融雪劑對(duì)植物生長(zhǎng)無(wú)不良影響，且生長(zhǎng)較快。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，得出含腐殖酸環(huán)保型融雪劑的組成為醋酸鉀、醋酸鎂、醋酸鈣和腐殖酸，其中醋酸鉀、醋酸鎂、醋酸鈣、腐殖酸復(fù)配比為17∶4∶2∶3(g∶g∶g∶g)。

(2)分別考察了含腐殖酸環(huán)保型融雪劑的融雪性能、pH值等性能指標(biāo)，結(jié)果顯示含腐殖酸環(huán)保型融雪劑符合國(guó)家道路除冰雪融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T23851-2009)；腐殖酸融雪劑pH顯弱酸性對(duì)鹽堿地有益對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有損害。