融雪劑研究

呂偉，秦靜

融雪劑研究

呂偉1，秦靜2

（1. 中國(guó)寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012； 2. 北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京 100023）

對(duì)鎂鈣不同配比的環(huán)保型融雪劑和不同鈉鈣配比的傳統(tǒng)融雪劑的融冰效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：當(dāng)鎂鈣摩爾比為8∶2時(shí)環(huán)保型融雪劑融冰效果最好，當(dāng)鈉鈣摩爾比為2∶8時(shí)傳統(tǒng)融雪劑融冰效果最好，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析，對(duì)融雪劑的改進(jìn)提出了自己的想法和思路。

醋酸鈣鎂；鈉鈣鹽；融雪劑；融冰

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，為了更加有效迅速地除去冬季在道路上覆蓋的雪，避免結(jié)冰以防止交通事故、方便人們出行，當(dāng)下融雪劑的使用越來(lái)越多，而眾所周知傳統(tǒng)融雪劑鈉鈣鹽對(duì)環(huán)境的破壞是十分嚴(yán)重的，于是新型環(huán)保融雪劑應(yīng)運(yùn)而生了，其主流成分就是醋酸鈣鎂鹽（即CMA）。但由于價(jià)格高[1]、融雪效果不盡如人意[3]，嚴(yán)重限制了其使用。本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)已有知識(shí)對(duì)新型環(huán)保融雪劑和傳統(tǒng)融雪劑進(jìn)行對(duì)比，并得到鎂鈣的最佳比例、鈉鈣的最佳配比，為融雪劑的改進(jìn)提供一定依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

根據(jù)已有知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)新型環(huán)保劑和傳統(tǒng)融雪劑進(jìn)行對(duì)比，并得到鎂鈣、鈉鈣的最佳比例，并分析鎂鈣比例對(duì)融雪效率的影響，從而為融雪劑的改良提供一定依據(jù)。在此基礎(chǔ)上盡可能地發(fā)現(xiàn)一些文獻(xiàn)上不曾提到過(guò)的問(wèn)題，提出自己的改良方案。在允許的情況下對(duì)自己的改良方案進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

新型環(huán)保融雪劑以醋酸鈣鎂鹽（即CMA）為主要成分。眾所周知，根據(jù)依數(shù)性原理，鹽離子能有效地降低冰雪的熔點(diǎn)，從而促進(jìn)冰雪的融化。而由于雪受天氣影響太大，我們決定用冰來(lái)代替雪做效率實(shí)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)有試劑，醋酸和氧化鎂及碳酸鈣反應(yīng)來(lái)制備CMA。反應(yīng)式為：

2CH3COOH + Mg = (CH3COO)2Mg + H2↑

2CH3COOH+CaCO3= (CH3COO)2Ca+CO2↑+ H2O

而傳統(tǒng)融雪劑則用炒干的氯化鈣和氯化鈉直接量取配成。在合成和配比完畢后，進(jìn)行同一溫度下融冰效率的測(cè)量和對(duì)比，并得出結(jié)論。

1.3 所需試劑及儀器

試劑：冰醋酸、碳酸鈣固體、鎂條、氯化鈉固體、氯化鈣固體、冰塊。

儀器：玻璃棒、燒杯、電爐、量筒、電冰箱、電子天平、坩堝、坩堝鉗、酒精燈、鐵三角、濾紙、錐形瓶等。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 CMA的制備

將氧化鎂和碳酸鈣按一定摩爾比混合，置于錐形瓶中，加入一定量的水，加熱攪拌，并滴入稀醋酸至固體完全溶解。將溶液蒸干，所得固體即為CMA。鎂鈣比為10∶0、8∶2、6∶4、5∶5、4∶6、2∶8、0∶10，即氧化鎂與碳酸鈣的質(zhì)量比分別是 5.833 3∶0 、4.345 6∶2.706 0 、3.117 9∶5.177 5、2.543 1∶6.334 6、1.992 3∶7.443 6、1.463 8∶8.507 4 、0∶11.454 2。

1.4.2 傳統(tǒng)融雪劑的制備

將氯化鈉和經(jīng)炒干的氯化鈣按一定摩爾比混合即可制備出傳統(tǒng)融雪劑。按CMA的制備比例，鈉鈣分別為10∶0、8∶2、6∶4、5∶5、4∶6、2∶8、0∶10，即所稱氯化鈉氯化鈣質(zhì)量比是 3∶0 、2.034 1∶0.965 9、1.323 8∶1.676 1、1.034 7∶1.965 3、0.780 0∶2.220 0 、0.347 9∶2.652 1、0∶3。

2 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

2.1 環(huán)保型融雪劑合成

第一組（鎂鈣比例10∶0）：粉末溶解，生成少量氣泡——說(shuō)明MgO中含有少量雜質(zhì)；析出白色粉末，附于蒸發(fā)皿底，上層有無(wú)色透明黏著液。冷卻后凝固，狀如糖?。ɡz），后變硬、變脆，先是在水中有少量溶解，攪拌加熱后全溶，再一次蒸發(fā)提純。

第六組（鎂鈣比例5∶5）：MgO取2.543 1 g，CaCO3取6.334 6 g，加入100 mL HAc(36%)后溶液變渾濁，有大量氣泡，加熱一段時(shí)間并攪拌后逐漸溶解，成澄清溶液。

第十一組（鎂鈣比例0∶10）：分次加入120 mL HAc(36%)及少量去離子水后，溶液分為兩層，下層渾濁有密集氣泡，上層為乳濁液（CaCO3）。

2.2 融冰效率的實(shí)驗(yàn)

5 min后，環(huán)保型融雪劑未見(jiàn)有溶解跡象，但非環(huán)保型融雪劑最多大概能融1/3，效率對(duì)比是非常明顯的。

20 min后環(huán)保型融雪劑有融冰跡象，但所融較少，非環(huán)保型融雪劑有較大量水融出。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

表1 環(huán)保型融雪劑出水量隨時(shí)間、鎂鈣摩爾比變化數(shù)據(jù)

圖1 環(huán)保型融雪劑融冰效率對(duì)比圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

4.1 不同配比環(huán)保型融雪劑在同一溫度下的融冰效果

通過(guò)表1、圖1及圖2可以看出，CMA的鎂鈣比例為8∶2時(shí)融冰效果最好，且融冰效率對(duì)配比圖中存在兩個(gè)波谷、兩個(gè)波峰。

圖2 環(huán)保型融雪劑融冰速率隨配比變化圖

表2 傳統(tǒng)融雪劑出水量隨時(shí)間、鈉鈣摩爾比變化數(shù)據(jù)

圖3 傳統(tǒng)融雪劑融冰效率對(duì)比圖

融雪劑融冰效果與當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)溫度、溶解度、融雪劑的量、融雪劑吸收空氣中水分的能力等有關(guān)[2]。融雪劑融冰基本原理是溶液冰點(diǎn)下降原理，即依數(shù)性原理，融雪劑在使冰融化的過(guò)程中，往往先吸收空氣其中的水分潮解，形成部分水溶液，這一部分較慢，然后隨著冰的融化，溶液大量形成，冰雪的融化速度加快。在實(shí)驗(yàn)中，可以明顯觀察到無(wú)水氯化鈣極易潮解，短短幾秒鐘的裸露時(shí)間，就能在濾紙上形成水紋，而對(duì)比其融冰效果，發(fā)現(xiàn)往往氯化鈣含量相對(duì)較高的融雪劑融冰效果比較好。因此，融雪劑的融冰能力除溶解度因素外，還與冰雪融化劑吸收空氣中水分的能力有關(guān)，即吸濕的能力及吸水速率有關(guān)。而CMA中少量鈣鹽的存在，非但幾乎不會(huì)降低CMA總體的溶解度，還會(huì)增加對(duì)空氣中水分的吸收，故在鎂鈣比為8∶2時(shí)，其融冰效果最佳。融冰速率正是伴隨著比例不一樣而使二者各種性質(zhì)起到的作用不一樣，即這些綜合因素造成了圖2曲線的出現(xiàn)。

4.2 不同配比傳統(tǒng)融雪劑在同一溫度下的融冰效果

通過(guò)表2、圖3可以得知鈉鈣摩爾比為2∶8時(shí)融冰效果最好，且該比例下融冰速度比環(huán)保型融雪劑高得多。這可能與氯化鈉的潮解性、氯化鈣的吸水性、氯化鈣分子中含三個(gè)離子、二者的溶解度很大及二者在溶解冰的過(guò)程中吸收的熱量較大有關(guān)。由此可以看出，新型環(huán)保型融雪劑不僅價(jià)格很高，還在融冰效果上與傳統(tǒng)的融雪劑有很大差距，這就限制了其推廣，亟待改進(jìn)。

4.3 進(jìn)行融雪劑改進(jìn)的一些想法和思路

鑒于實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果，我們有以下幾種研究方法思路。

4.3.1 對(duì)傳統(tǒng)融雪劑進(jìn)行改進(jìn)

這包括前人提到過(guò)的添加一些緩蝕劑等添加劑[3]，重要的是在盡量不影響其融雪效果、不增加價(jià)格的前提下，減緩其對(duì)金屬、橡膠等的腐蝕，降低其鹽堿性，使其適用更廣、更加環(huán)保。添加何種緩蝕劑來(lái)減少融雪劑的腐蝕性已成為全世界開(kāi)發(fā)高效環(huán)保型融雪劑的主要目標(biāo)。緩蝕劑的發(fā)展方向是高效、低毒、無(wú)公害、無(wú)污染。從前人的研究結(jié)果來(lái)看，葡萄糖酸鹽既能滿足上述條件，又能對(duì)中性鹽中碳鋼腐蝕起到有效的抑制作用，且價(jià)格低廉。 鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸鹽，也適合于做緩釋劑。此外，硫脲對(duì)作物的營(yíng)養(yǎng)及硫脲分子中具有兩個(gè)雜化原子N和一個(gè)雜化原子S，它可以與Fe2+絡(luò)合，最終轉(zhuǎn)化為不溶性硫化鐵保護(hù)膜，故硫脲也適合作緩蝕劑的主要成分。另外，硅酸鈉也是較常用的一種綠色緩蝕劑。

4.3.2 對(duì)現(xiàn)有環(huán)保型融雪劑進(jìn)行改進(jìn)

主要圍繞降低成本、提高融雪效果展開(kāi)，同時(shí)使其更加環(huán)保，目前主要通過(guò)廢水合成、作物吸收、改變成分等途徑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)[4-5]。根據(jù)在本實(shí)驗(yàn)中得到的一些結(jié)果，我們猜想能否在環(huán)保型融雪劑中添加一些吸水性物質(zhì)，或者在使用前少許地添加一些水或者干脆配成過(guò)飽和溶液進(jìn)行融雪。另外，有些不同種類的融雪劑在配比的時(shí)候可能存在協(xié)同作用，消除或減少缺點(diǎn)的同時(shí)提高了優(yōu)點(diǎn)，這也是一個(gè)重要的方向

5 結(jié) 論

由于存在溶解度、吸水性、溶解放熱、溫度等因素的影響，當(dāng)鎂鈣摩爾比為8∶2時(shí)環(huán)保型融雪劑融冰效果最好；鈉鈣摩爾比為2∶8時(shí)傳統(tǒng)融雪劑融冰效果最好。環(huán)保型融雪劑的融雪效果并不如傳統(tǒng)的好，鑒于CMA的可自然降解性以及腐蝕性低等優(yōu)點(diǎn)的存在，相信經(jīng)過(guò)改進(jìn)一定會(huì)得到推廣和普及。

［1］許英梅，張秋民，張偉，等一種低成本環(huán)保型融雪劑的制備與性能研究[J].遼寧化工，2007, 36（1）：10-11+15.

［2］肖進(jìn)兵，邢軍，孫永正，等. 醋酸鈣鎂冰雪融化劑的制備及融冰效果小試[J].大連大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（4）：32-34.

［3］許淳淳. 融雪劑對(duì)碳鋼腐蝕的研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2007.

［4］王小光，章亞?wèn)|.融雪劑的研究進(jìn)展及發(fā)展方向[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2007，39（3）： 8-10

［5］許英梅，張秋生，姜慧明，等. 由木醋液制醋酸鈣鎂鹽類環(huán)保型融雪劑研究[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，47（4）：494-496.

Study on Snow Melting Agent

1,QIN Jing

（1. China Huanqiu Contracting & Engineering Co., Ltd.，Beijing Branch, Beijing 100012, China; 2. Beijing Institute of industrial technology, Beijing 100023, China）

The ice melting effect of environmental friendly snow melting agent with different ratio of magnesium and calcium and traditional snow melting agent with different ratio of sodium and calcium was compared. The results showed that the ice melting effect of environmental friendly snow melting agent was the best when the molar ratio of magnesium and calcium was 8∶2, and the ice melting effect of traditional snow melting agent was the best when the molar ratio of sodium and calcium was 2∶8. The experimental data were processed and analyzed, some ideas about the improvement of snow melting agent were put forward.

calcium magnesium acetate; sodium calcium salt; snow melting agent; ice melting

2019-11-15

呂偉（1981-），男，助理工程師，北京人，2005年畢業(yè)于北京聯(lián)合大學(xué)電子商務(wù)專業(yè)，研究方向：化工設(shè)備。

秦靜（1983-），女，講師，博士，研究方向：環(huán)境保護(hù)與檢測(cè)。

X131

A

1004-0935（2020）02-0151-03