摘要在我國(guó)北方以及地處高緯度地區(qū)的國(guó)家，每年冬季的下雪造成了道路堵塞，交通不便，給人們的生活帶來了嚴(yán)重影響。降雪后對(duì)于道路的除雪是非常有必要的。到目前為止，常用的道路除雪方法主要有人工除雪、機(jī)械除雪和撒融雪劑等等。但人工除雪以及機(jī)械除雪需要消耗大量的人力物力，已經(jīng)不能夠滿足道路除雪的需要。融雪劑又稱除冰鹽、道路防凍劑,它的作用是融冰化雪。利用融雪劑進(jìn)行除雪有著方便快捷，節(jié)省人力物力的優(yōu)點(diǎn)，這種方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。目前融雪劑主要以氯鹽為主，尤其是氯化鈉融雪劑，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中其已對(duì)環(huán)境造成了巨大的影響。首先是氯離子和鈉離子伴隨雪水流入道路周圍土地造成綠色植被的死亡；其次破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)；再者融雪劑進(jìn)入水系后也會(huì)污染水資源；最后是嚴(yán)重腐蝕道路橋梁的表面及其內(nèi)部鋼筋。如今，雖然非氯鹽型融雪劑在快速發(fā)展，但其價(jià)格成本昂貴抑制其發(fā)展。目前，尋找新的高效環(huán)保經(jīng)濟(jì)的融雪劑配方，成為近年來的研究熱點(diǎn)。綜合氯鹽型融雪劑高效、價(jià)格低廉以及非氯鹽型融雪劑綠色環(huán)保的特點(diǎn)，本論文以以無機(jī)鹽和有機(jī)鹽為主要成分，研究制備一種復(fù)合型的環(huán)保型融雪劑。并研究了環(huán)保型融雪劑的融冰能力，以及不同組分配比對(duì)融冰能力的影響。關(guān)鍵詞：融雪劑；環(huán)保；融冰能力AbstractInthenorthofChinaandcountrieslocatedinhighlatitudes,snowfallinwintereveryyearcausesroadcongestion,trafficinconvenienceandseriousimpactonpeople'slives.Itisnecessarytoremovesnowfromroadsaftersnowfall.Sofar,thecommonlyusedmethodsofroadsnowremovalaremainlymanualsnowremoval,mechanicalsnowremovalandsprayingsnowmeltingagent,etc.Butmanualsnowremovalandmechanicalsnowremovalneedalotofmanpowerandmaterialresources,andcannotmeettheneedsofroadsnowremoval.Snowmeltingagentisalsoknownasdeicingsaltandroadantifreezeagent.Itsfunctionistomeltandmeltsnow.Snowmeltingagenthastheadvantagesofconvenience,rapidityandsavingmanpowerandmaterialresources.Thismethodhasbeenwidelyusedathomeandabroad.Atpresent,themainsnow-meltingagentischloridesalt,especiallysodiumchloridesnow-meltingagent,whichhashadagreatimpactontheenvironmentforalongtime.Thefirstisthedeathofgreenvegetationcausedbytheinfluxofchlorideandsodiumionsintothelandaroundtheroad;thesecondisthedestructionofsoilstructure,resultinginsoilhardening;thesecondisthepollutionofwaterresourceswhenthesnowmeltingagententersthewatersystem;andthelastistheseriouscorrosionofthesurfaceofroadsandbridgesandtheirinternalreinforcementbars.Nowadays,althoughnon-chlorinatedsnowmeltingagentisdevelopingrapidly,itspriceandcostaretoohightorestrainitsdevelopment.Atpresent,ithasbecomearesearchhotspotinrecentyearstofindanewformulationofsnowmeltingagentwithhighefficiency,environmentalprotectionandeconomy.Basedonthecharacteristicsofhighefficiency,lowpriceandgreenenvironmentalprotectionofchloride-basedsnowmeltingagent,akindofcompositeenvironmental-friendlysnowmeltingagentwaspreparedbyusinginorganicsaltandorganicsaltasthemaincomponentsinthispaper.Theice-meltingabilityofenvironmental-friendlysnow-meltingagentandtheinfluenceofdifferentcompositionratioontheice-meltingabilitywerealsostudied.Keywords:snowmeltingagent;environmentalprotection;icemeltingcapacity

緒論第一章1.1融雪劑概述融雪劑又稱除冰鹽、道路防凍劑,它的作用是融冰化雪，人們一般通常在冬季使用，將其用于機(jī)場(chǎng)、鐵路、公路等場(chǎng)合，起到融冰化雪及防凍作用，為人民的正常生活提供便利。融雪劑融雪化冰主要是有兩個(gè)作用方式，第一個(gè)是冰點(diǎn)降低，根據(jù)烏拉爾定律，溶質(zhì)的存在可以降低溶劑的蒸汽壓。當(dāng)溶劑A中溶有少量溶質(zhì)B形成稀溶液，則從溶液中析出固態(tài)純?nèi)軇〢的溫度，即此時(shí)溶液的凝固點(diǎn)就會(huì)低于純?nèi)軇┰谕瑯油鈮合碌哪厅c(diǎn)。將融雪劑溶于冰雪形成溶液時(shí)，冰雪的凝固點(diǎn)就會(huì)低于此時(shí)外界溫度，進(jìn)而冰雪融化；第二個(gè)是融雪劑溶于冰雪后會(huì)釋放大量的熱量，溫度升高，然后將冰雪融化，例如無水氯化鈣溶于冰雪會(huì)釋放大量的熱，其熱量使得溫度升高，冰雪融化。而且溶解熱越大的融雪劑，它的溶解效率越好。1.2研究背景在我國(guó)北方以及地處高緯度地區(qū)的國(guó)家，每年冬季的下雪造成了道路堵塞，交通不便，給人們的生活帶來了嚴(yán)重影響。冬季的道路除雪已經(jīng)是非常有必要的事情。人工除雪和機(jī)械除雪在一定程度上能夠清除道路的冰雪障礙。但總的來說已經(jīng)跟不上日趨復(fù)雜的道路系統(tǒng)的需要。融雪劑作為一種優(yōu)秀的化學(xué)除雪試劑，由于其融雪效果好，使用方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，融雪劑的使用受到人們的追捧，越來越多地被過度使用。但是,現(xiàn)存融雪劑主要是以氯鹽為主,大量的使用已經(jīng)對(duì)我們生活的環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響，例如植被消失，金屬混凝土的腐蝕，摻進(jìn)了融雪劑的雪水進(jìn)入水系后，會(huì)污染水資源，破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)；深入地底后還可能對(duì)地下水造成惡劣影響。而以醋酸鈣鎂鹽為主要成分的傳統(tǒng)環(huán)保型融雪劑，其融雪效果受環(huán)境溫度影響很大，低溫融雪效率低，且價(jià)格極為昂貴，無法大面積推廣使用。所以目前對(duì)于高效環(huán)保經(jīng)濟(jì)的新型融雪劑成為研究熱點(diǎn)。1.2研究課題的目的和意義目前來說，雖然融雪劑種類較多,但想要找到很好地符合我們要求的融雪劑還是有所困難。對(duì)于傳統(tǒng)氯鹽融雪劑，現(xiàn)存的主要以氯化鈉為主體，雖然其價(jià)格低廉，且儲(chǔ)存量巨大，但是它對(duì)環(huán)境會(huì)造成不良影響。從融雪劑的誕生到現(xiàn)在，氯鹽融雪劑已經(jīng)被大量地使用，對(duì)環(huán)境也造成了很大的影響，所以今后會(huì)被逐漸的取代。非氯鹽型融雪劑主要以醋酸鈣鎂鹽為主。它是有機(jī)融雪劑，雖然具有環(huán)保的特點(diǎn),但由于原材料成本高，而且其融化冰雪的能力也不如氯鹽，使用受到了制約。鑒于我國(guó)現(xiàn)狀，想要走可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明道路，那么對(duì)現(xiàn)存融雪劑的改良勢(shì)在必行，即我們需要研制出經(jīng)濟(jì)環(huán)保的融雪劑，不僅環(huán)保性能好，而且原料成本低,以滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)融雪劑日益增長(zhǎng)的需求。伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的公路系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展完善，現(xiàn)如今我國(guó)的公路鐵路里程已居世界前列。我國(guó)北方的公路在冬季常常受到積雪的困擾，積雪問題已經(jīng)對(duì)我國(guó)的公路運(yùn)行造成巨大的困擾。傳統(tǒng)的人工機(jī)械除雪已不能滿足需要，因而融雪劑的需求量巨大。此外，世界上許多高緯度高海拔地區(qū)的國(guó)家在冬季也存在相同的問題。在這方面，國(guó)際市場(chǎng)也有巨大的潛力。但對(duì)于我國(guó)現(xiàn)存狀況而言，我國(guó)在融雪劑的研制方面存在著不少的問題，例如生產(chǎn)規(guī)模小，品種少，融雪效果也不盡人意，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求。所以就目前而言，積極開發(fā)高效環(huán)保型融雪劑一方面可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的融雪劑，減少環(huán)境污染問題，有效地利用我國(guó)資源，發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)；另一方面可以在國(guó)際市場(chǎng)上占得有利的地位，打通海外市場(chǎng)，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。第二章文獻(xiàn)綜述本章簡(jiǎn)述了積雪問題以及除雪的必要性，介紹幾種主要的除雪的措施,對(duì)融雪劑的種類做簡(jiǎn)單介紹，從融雪劑的起源到現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r以及各類融雪劑的特性、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用作詳細(xì)介紹，著重闡述了無氯融雪劑的研究及對(duì)氯化物融雪劑的改進(jìn)。此外，對(duì)融雪劑融雪化冰的理論，氯鹽型融雪劑過度使用造成的環(huán)境問題及緣由也做一一介紹。最后是目前融雪劑的發(fā)展方向。2.1城市道路除雪的必要性積雪問題不僅存在我國(guó)寒冷的北方，同樣是許多高緯度國(guó)家和地區(qū)所面臨的，在冰雪天氣中，如果積雪厚度達(dá)到一定程度，不能及時(shí)清除的時(shí)候，就會(huì)造成交通困難，影響出行，更甚者可能造成局部交通癱瘓和大面積事故。比如渭南城區(qū)出現(xiàn)的積雪問題，由于降雪量大，清除不及時(shí)，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐慕煌ǘ氯?，市民出行受到影響。在英?guó)，大雪使得航空、鐵路、公路發(fā)生不同程度的停運(yùn)。倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)曾一度關(guān)閉，造成大量旅客滯留。連接倫敦和歐洲大陸的“歐洲之星”高速列車取消了一些車次，并被迫限速。英國(guó)國(guó)內(nèi)幾條鐵路也因電力線路故障或受積雪影響而造成列車延誤，公路網(wǎng)更是因?yàn)榻Y(jié)冰而運(yùn)行不暢。2005年，日本遭大雪襲擊。強(qiáng)降雪給日本的交通帶來巨大不便，造成嚴(yán)重的交通癱瘓，甚至出現(xiàn)了有軌電車脫軌事故?？梢?，積雪問題不僅僅給我們的出行造成了很大的影響，對(duì)于我們個(gè)人安全以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而言，都會(huì)造成巨大損失。2.2幾種主要的除雪措施1）直接清除法包括人工清除和機(jī)械清除，利用機(jī)械或人工除雪工具直接作用于冰雪表面進(jìn)行清除,來消除冰雪對(duì)路面的影響。人工清除是除雪人員利用工具鏟等除雪工具進(jìn)行清雪工作，其工作機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，但是對(duì)交通影響大，而且效率低，因而適宜積雪規(guī)模小的路面。機(jī)械除冰可分為機(jī)械式鏟雪和氣壓流吹雪，前者主要用于降雪量大的地區(qū)，工作的效率高，但機(jī)械的控制難，易損傷路面；后者是在公路上方形成氣流，帶動(dòng)落雪和路表積雪遠(yuǎn)離路面，這種方法主要適用于未經(jīng)碾壓、積雪較薄的路面。2）電熱除雪這種方法是將發(fā)熱電纜按照一定的要求將其鋪設(shè)于道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。當(dāng)電流接通后，發(fā)熱電纜自身電阻能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并為冰雪所吸收，冰雪逐漸升溫直至融化。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制發(fā)熱時(shí)間，鋪設(shè)發(fā)熱電纜路面的路表溫度能被定量控制,從而保證冰雪受熱均勻,使得融雪在最適宜的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；但是這種方法的成本及使用費(fèi)用高，從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，我們不可能將每條可能會(huì)受到積雪問題的公路都鋪設(shè)上發(fā)熱電纜，因此這種方法的使用有特定性。另外，如果電纜某處發(fā)生斷路，那么整個(gè)發(fā)熱除雪都會(huì)失效。3）灑水除雪這種方法需要在道路或場(chǎng)地地下鋪設(shè)管道,溫度較高的水在管道中循環(huán)，通過熱傳遞，將熱量傳遞給冰雪，使其溫度升高而融化。或者可以讓溫水直接噴灑在冰雪上，達(dá)到相同的目的。與電熱除雪類似，這種方法也需要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。4）灑布融雪劑除雪這種方法將融雪劑或其溶液灑在冰雪上,使冰雪的凝固點(diǎn)降低，進(jìn)而能在低溫下融化。與上面提到的方法相比，這種方法具有更優(yōu)秀的融雪效果，而且它的操作相對(duì)來說更為簡(jiǎn)單，成本上也較低。因而，這種方法被廣泛的使用，但由于現(xiàn)在所使用的融雪劑基本上是以氯鹽為主,其過度使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響，與現(xiàn)在的環(huán)保發(fā)展理念相悖，而一些傳統(tǒng)環(huán)保型的融雪劑雖然具有環(huán)保這一優(yōu)勢(shì)，但其價(jià)格相對(duì)昂貴，而且其融冰效果也不如氯鹽融雪劑，因而使用受到了約束，在此方面，仍需要改進(jìn)。2.3融雪劑的種類目前所用的融雪劑大致分為三類:第一類是氯鹽型融雪劑,例如氯化鈉融雪劑、氯化鈣融雪劑等。氯鹽類融雪劑價(jià)格低廉，儲(chǔ)存量巨大，是目前使用最為廣泛的融雪劑。不同的氯鹽類融雪劑在對(duì)環(huán)境的影響不同，以下是氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀融雪劑的優(yōu)缺點(diǎn)（表1）表1不同氯化類融雪劑的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比項(xiàng)目氯化鈉氯化鈣氯化鎂氯化鉀對(duì)金屬的腐蝕性100%80%-100%80%-100%60%-80%對(duì)水泥的腐蝕性輕微破壞100%強(qiáng)烈破壞200%強(qiáng)烈破壞150%輕微破壞100%對(duì)土壤影響土壤輕度板結(jié)土壤板結(jié)土壤板結(jié)改良?jí)A性土壤對(duì)地下水的影響鈉質(zhì)增高，對(duì)人的影響較小鈣質(zhì)增高，對(duì)人的影響較大鎂質(zhì)增高，對(duì)人的影響較大鉀質(zhì)增高，對(duì)人無害最低冰點(diǎn)-21℃-50℃-33℃-60℃融雪速度100%150%150%200%適宜工作溫度-1℃～-15℃-1℃～-30℃-1℃～-20℃-1℃～-40℃保持時(shí)間1天1-2天2-3天4-7天價(jià)格40010008001600綜合能力★★★★★★★☆★★★★★由上表可知，在金屬的腐蝕方面，氯化鉀腐蝕最低；對(duì)混凝土的腐蝕方面，氯化鈉和氯化鉀腐蝕最低；在土壤板結(jié)方面，氯化鉀表現(xiàn)最優(yōu)，氯化鈉次之；對(duì)地下水質(zhì)量的影響上，氯化鉀表現(xiàn)最優(yōu)，氯化鈉次之；在融雪化冰的能力方面比如冰點(diǎn)的降低，融冰速率等，以氯化鉀表現(xiàn)最好；在價(jià)格方面，氯化鈉遠(yuǎn)優(yōu)于其他三種氯鹽。因而在氯鹽家族中，氯化鈉的綜合能力最高。因此氯化鈉成為全世界使用最廣泛的融雪劑。第二類是非氯鹽型融雪劑,也就是傳統(tǒng)環(huán)保型融雪劑，例如鈣鎂乙酸鹽(CMA)、乙酸鉀等。此類融雪劑具有優(yōu)秀的環(huán)保性能，但是它的融冰效果受環(huán)境溫度影響大，低溫環(huán)境下其作用效果低，而且它的價(jià)格相比之下較為昂貴，因而無法大面積的推廣使用，僅限于一些對(duì)環(huán)保要求較高的場(chǎng)合，例如機(jī)場(chǎng)和鋼鐵橋梁。第三類是混合型:(1)氯鹽+非氯鹽。(2)氯鹽+非氯鹽+阻銹劑。這類融雪劑主要是以氯鹽為主要成分，通過加入環(huán)保型材料或者加入緩蝕劑使得它在具有氯鹽的融冰效果的基礎(chǔ)上，還降低了對(duì)環(huán)境的影響，具有價(jià)格和環(huán)保兩方面的優(yōu)勢(shì)。2.4融雪劑的起源融雪劑的誕生追溯于上世紀(jì)四五十年代。當(dāng)時(shí)美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)上取得巨大進(jìn)展，隨之而來的是其高速公路的發(fā)展也取得很大的進(jìn)步。相對(duì)于鐵路來說，公路更具發(fā)展?jié)摿?，并逐漸地取代了鐵路在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地位。但由于發(fā)達(dá)國(guó)家大多地區(qū)處于中高緯度地帶，不可避免的積雪問題給高速公路交通的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的機(jī)械除雪方法顯然已經(jīng)不能夠滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為了保障高速公路運(yùn)輸，保持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，融雪劑在經(jīng)過科學(xué)家的努力工作下誕生了。這種融雪劑最早是氯化鈉鹽，其作用就是降低冰雪的凝固點(diǎn)，因而也被稱為化冰鹽。這種化冰鹽使用成本低,不用耗費(fèi)大量的人力物力,也不必運(yùn)輸和處理積雪,而且融雪的速度快，使得交通能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。這種方法適應(yīng)當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，因而被廣泛使用。由此融雪劑便應(yīng)運(yùn)而生。2.5融雪劑的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展2.5.1氯鹽型融雪劑的開發(fā)與進(jìn)展氯鹽型融雪劑,包括氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等氯鹽。最早的氯鹽融雪劑在上世紀(jì)四五十年代開始使用，最早使用的是氯化鈉。我國(guó)在上世紀(jì)70年代同樣是先使用氯化鈉融雪劑,進(jìn)入新世紀(jì)后也逐漸采用以氯化鈣、氯化鎂為主體的融雪劑。氯化鈉的使用概況目前來說氯化鈉融雪劑使用最廣泛。氯鹽家族中，氯化鈉的價(jià)格低廉、儲(chǔ)量充足，從綜合性能來說，氯化鈉是氯鹽融雪劑優(yōu)先發(fā)展的不二選擇。但在實(shí)際使用時(shí)，其問題就出來了。首先是其固體吸熱溶解導(dǎo)致其融雪效率降低；其次其適宜的工作溫度相比其他氯鹽不夠低。再者，氯化鈉溶解于冰雪后，其氯離子和鈉離子伴隨雪水滲入周圍地表,會(huì)使得周圍的土地環(huán)境鹽漬化，導(dǎo)致周圍樹木枯死；而一旦雪水深入地下或者流入江河水系，會(huì)對(duì)這些淡水資源造成污染，當(dāng)離子濃度積累到一定程度時(shí)就會(huì)影響該水域的生態(tài)系統(tǒng)，使得區(qū)域內(nèi)的淡水生物消失。另外，氯化鈉鹽溶液對(duì)金屬、混凝土也存在腐蝕的情況。氯化鈣的使用概況氯化鈣作為融雪劑使用，尤其是無水氯化鈣，主要利用是其溶解時(shí)會(huì)放出大量的熱，這些熱量使得溫度升高，進(jìn)而冰雪融化。氯化鈣融雪劑溶于冰雪后形成溶液，其凝固點(diǎn)極低,防凍效果好。氯化鈣在融雪過程中所產(chǎn)生的污染與氯化鈉類似,但程度上略輕,且無鈉離子存于土壤的問題。2.5.2非氯鹽型融雪劑的開發(fā)與進(jìn)展經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展早期，由于氯鹽融雪劑具有價(jià)格低廉，作用效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，人們追求經(jīng)濟(jì)效益而忽略其使用的后果，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，造成了社會(huì)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，人們開始研究非氯鹽型融雪劑，并希望這種融雪劑能夠取代氯鹽型融雪劑，能夠在實(shí)際生活中普遍使用。這種融雪劑不僅要融雪效率好，能將冰雪在短時(shí)間內(nèi)除去，而且還要擁有環(huán)保的特點(diǎn)，即對(duì)環(huán)境以及交通設(shè)施沒有或者很少的破壞。以下是一些非氯鹽型融雪劑的研究進(jìn)展。首先是醋酸鈣鎂鹽型融雪劑的研究。上世紀(jì)80年代美國(guó)DOT公司首先利用垃圾廢物生產(chǎn)的醋酸鹽融雪劑，這種融雪劑無氯無污染,對(duì)環(huán)境友好。我國(guó)對(duì)于醋酸鈣鎂鹽型融雪劑的研究是在上世紀(jì)90年代末開始。張良佺利用冰醋酸和白云石生產(chǎn)醋酸鈣鎂鹽，并通過系統(tǒng)研究獲得了CMA生產(chǎn)的最佳工藝，得出反應(yīng)溫度在65℃及Ca/Mg摩爾比為3:7時(shí)所獲得的產(chǎn)品融冰效果較好。許英梅等人以木醋廢液、鈣鎂氧化物等為原料，制備出以醋酸鈣鎂鹽為主要成分的CMA類環(huán)保型融雪劑，并研究得出：當(dāng)液體融雪劑(20%)中醋酸鎂和醋酸鈣的體積比達(dá)到7∶3時(shí)，融冰能力達(dá)到最大值，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值90%。在此基礎(chǔ)上，將CMA與氯化鎂進(jìn)行復(fù)配，來提高融冰效果。通過研究得出，當(dāng)液體融雪劑(20%)中氯化鎂∶醋酸鎂∶醋酸鈣=7∶2∶1(體積比)時(shí)，融雪劑的融冰效果最好。這是一種兼具低腐蝕性和高融冰能力的低成本的環(huán)保型融雪劑。趙國(guó)明則以糠醛廢水、石灰石、氧化鎂等為原材料，通過實(shí)驗(yàn)確定其最佳的生產(chǎn)工藝，制備出高純度的醋酸鈣鎂鹽融雪劑。這種方法充分利用了糠醛廢水的醋酸成分，使得糠醛廢水能夠變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，同時(shí)降低了CMA的生產(chǎn)成本，符合生態(tài)發(fā)展理念。由此可見，CMA具有高效融雪能力的同時(shí)，其本身不含鈉離子和氯離子，對(duì)環(huán)境的破壞遠(yuǎn)低于氯化鈉融雪劑，這是環(huán)保型融雪劑，是對(duì)氯鹽型融雪劑的重大改進(jìn)。跟氯化鈉相比較,醋酸鈣鎂鹽對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小，隨雪水流入地表后可被生物降解，對(duì)土壤影響小、對(duì)公路混凝土以及對(duì)金屬的腐蝕性小、流入水系后對(duì)水的污染也基本沒有影響。但是，由于制備醋酸鈣鎂鹽成本高，產(chǎn)品價(jià)格也比氯化鈉高出許多倍。因此CMA的發(fā)展受到了制約。綜上所述,CMA相比氯化鈉更符合環(huán)保發(fā)展理念,但由于成本昂貴,其價(jià)格遠(yuǎn)比氯化鈉要高。因此目前的使用并不廣泛，僅限于一些對(duì)環(huán)保要求較高的場(chǎng)合,比如機(jī)場(chǎng)。2.5.3其它非氯鹽型融雪劑美國(guó)的Terence.E.peel利用造紙廢液生產(chǎn)一種復(fù)合融雪劑—LMWBL除冰劑。這種融雪劑在冰點(diǎn)下降、融雪速率、及腐蝕性三方面的綜合性能要優(yōu)于CMA。并且其具有較低的冰點(diǎn)。張?zhí)斓吕梅?、糖副產(chǎn)物生產(chǎn)一種環(huán)保型融雪劑。該類融雪劑適合用作抑制雪和冰在道路、橋梁和其它表面上積聚的抗結(jié)冰劑和除冰劑。除此以外，當(dāng)其與腐蝕性鹽混合時(shí)也可起到抑制腐蝕的作用。王保民等人以三種有機(jī)物為主要原料，成功研制出一種新型環(huán)保型除雪劑，這些原料中無氯鹽、硫酸鹽等腐蝕性成分，不僅融雪除冰效率高，而且對(duì)瀝青和混凝土路面以及道路管網(wǎng)、動(dòng)植物無腐蝕性。2.5.4混合型融雪劑的發(fā)展氯鹽型融雪劑價(jià)格低、融雪性能好,但對(duì)環(huán)境負(fù)面影響問題突出,而非氯鹽型融雪劑則大幅度降低了這個(gè)問題,但價(jià)格昂貴。通過對(duì)這兩種融雪劑的研究，結(jié)合他們的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，則混合型融雪劑應(yīng)運(yùn)而生。混合型融雪劑包括氯鹽加非氯鹽型和氯鹽、非氯鹽再加阻銹劑型。氯鹽加非氯鹽型融雪劑韓春蘭等人用氯化鈣、尿素、重過磷酸鈣、硫脈、葡萄糖酸鈉等為原料成功研制出了一種新復(fù)合型融雪劑。它不但基本上克服了鈉鹽融雪的缺陷,而且可促進(jìn)植物的生長(zhǎng),相對(duì)鈉鹽對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)到了80%以上,它具有吸水放熱,冰點(diǎn)低,對(duì)環(huán)境影響小,融雪效率高等特點(diǎn)。氯鹽加緩蝕劑阻銹劑或同時(shí)再加非氯鹽型融雪劑童麗燕在氯鹽融雪劑中加入甘油來研究其降低碳鋼的腐蝕速率和提高融雪化冰能力。研究表明，當(dāng)甘油添加量為0.8%，其效果最佳。王小光等人利用磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅、鎢酸鈉、鉬酸鈉、硅酸鈉及硫脲等7種成分與氯鹽型融雪劑進(jìn)行復(fù)配并研究其溶液對(duì)碳鋼的腐蝕效果。通過研究，采用磷酸二氫鋅、葡萄糖酸鈉和硫脲組成的復(fù)配緩蝕劑能夠抑制氯鹽型融雪劑對(duì)碳鋼的腐蝕。綜上所述，融雪劑的開發(fā)經(jīng)歷了單一的氯鹽型到現(xiàn)今的非氯鹽型、復(fù)合防腐蝕型。其特點(diǎn)是從單一成分改進(jìn)為多組分，由無機(jī)融雪劑到有機(jī)融雪劑再到混合融雪劑的發(fā)展。每一種融雪劑的出現(xiàn)都是為了促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善人民生活環(huán)境，提高人民的生活水平。如今，盡管非氯鹽型融雪劑在迅速發(fā)展中，但是短時(shí)間內(nèi)不可能大量的使用。要想追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)齊頭并進(jìn),必須開發(fā)研制出成本低且環(huán)保型的高效融雪劑以減少或者代替氯鹽融雪劑的使用。目前對(duì)融雪劑的研究要以經(jīng)濟(jì)環(huán)保為發(fā)展目標(biāo)，新型融雪劑要具有高效、無污染、無腐蝕、價(jià)廉易得的特點(diǎn)。雖然氯鹽型融雪劑仍在大量使用，但伴隨新科技，新技術(shù)的發(fā)展，氯鹽型融雪劑會(huì)逐漸減少市場(chǎng)比例，而新型的融雪劑將會(huì)廣泛應(yīng)用。2.6融雪理論2.6.1融雪劑融于水放熱融雪劑能夠融冰除雪可以通過以下的原理來解釋：其一，融雪劑撒到冰雪覆蓋的路面時(shí)，融雪劑會(huì)吸收空氣中及融化雪的水分形成融雪劑溶液，融雪劑如干氯化韓在溶于水時(shí)會(huì)放熱，產(chǎn)生的熱量可以使冰雪溫度升高使其融化。2.6.2稀溶液的依數(shù)性定律由稀溶液的依數(shù)性定律可以解釋融雪劑的融冰化雪機(jī)理，所謂的稀溶液依數(shù)性，是指只依賴溶液中溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，而與溶質(zhì)分子本性無關(guān)的性質(zhì)。依數(shù)性包括溶液中溶質(zhì)的蒸氣壓下降、凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高和滲透壓的數(shù)值。根據(jù)烏拉爾定律，溶質(zhì)的存在可以降低溶劑的蒸汽壓。當(dāng)溶劑A中溶有少量溶質(zhì)B形成稀溶液，則從溶液中析出固態(tài)純?nèi)軇〢的溫度，即溶液的凝固點(diǎn)就會(huì)低于純?nèi)軇┰谕瑯油鈮合碌哪厅c(diǎn)。這是凝固點(diǎn)降低的現(xiàn)象。固體、液體的飽和蒸汽壓不僅是溫度的函數(shù)，還是外壓的函數(shù)，不過外壓改變對(duì)蒸汽壓影響很小。力學(xué)原理推導(dǎo)出凝固點(diǎn)降低值和溶液組成的定量關(guān)系式如下:△Tf=KfmKf:摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù),水為1.86K·kg·mol-1。m:質(zhì)量摩爾濃度,近似等于摩爾濃度。△Tf:凝固點(diǎn)下降值，單位℃。2.7融雪劑對(duì)環(huán)境的影響2.7.1融雪劑對(duì)植物的危害氯化鈉型融雪劑使用過度會(huì)造成造成植物的死亡，死亡的機(jī)理是滲透原理。植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜。只要原生質(zhì)層兩側(cè)溶液有濃度差，都會(huì)發(fā)生滲透作用。原生質(zhì)層內(nèi)外的溶液存在著濃度差，水分子就可以從溶液濃度低的一側(cè)通過原生質(zhì)層擴(kuò)散到溶液濃度高的一側(cè)。當(dāng)氯化鈉融雪劑溶于冰雪滲入土壤后，使得植物根部周圍水分中的鹽濃度增加，形成濃度差，使得植物原有正常的滲透平衡被破壞，植物根部細(xì)胞內(nèi)的水分就會(huì)向外滲透，造成植物缺水而死亡。當(dāng)植物處于高濃度鹽環(huán)境中，原生質(zhì)層的通透性也會(huì)發(fā)生改變。外界溶液中鈉離子會(huì)大量通過原生質(zhì)層，改變?cè)|(zhì)層的選擇性。這使得植物對(duì)其他原本要吸收營(yíng)養(yǎng)元素拒絕進(jìn)入植物體內(nèi)，因而導(dǎo)致植物營(yíng)養(yǎng)不良，影響植物的生長(zhǎng)。植物中積累過多的鈉離子會(huì)導(dǎo)致植物中毒。氯離子被植物吸收輸送到葉子或花瓣后發(fā)生積累，會(huì)影響葉綠素的生成進(jìn)而影響植物的光合作用。在鹽脅迫條件下，植物的生長(zhǎng)會(huì)受到明顯的抑制，其中氯鹽類融雪劑對(duì)植物葉綠素影響較大，直接影響綠化帶植物的光合作用能力，濃度越高植物的光合作用就越弱。2.7.2融雪劑對(duì)土壤的危害融雪劑使用過多對(duì)土壤造成的直接后果是土壤板結(jié)。氯鹽型融雪劑伴隨雪水進(jìn)入土壤后，使得土壤的鹽度變大，土壤表層因有機(jī)質(zhì)占比下降，使得土壤結(jié)構(gòu)變差，在灌水或降雨等外因作用下結(jié)構(gòu)破壞,而干燥后受內(nèi)聚力作用使土面變硬。含有氯化物的融雪劑進(jìn)入土壤后，土壤的鹽度變大，造成土壤板結(jié)。在這種情況下，土壤孔隙度減少，通透性變差，地溫降低，致使土壤中好氣性微生物的活動(dòng)受到抑制，其供肥、保肥、保水能力弱，造成土壤的吸水、吸氧及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸附能力降低。此外，土壤板結(jié)還延緩了有機(jī)質(zhì)的分解，土壤理化性質(zhì)逐漸惡化，地力逐漸衰退，土壤肥力隨之下降。通透能力的下降使作物根系發(fā)育不良，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。2.7.3融雪劑對(duì)水資源的危害氯鹽融雪劑溶于冰雪并伴隨雪水進(jìn)入江河等水體后，勢(shì)必會(huì)對(duì)水體造成污染。直接結(jié)果是改變了水體的鹽度。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化史過程中，每種水生生物已經(jīng)適應(yīng)生活在具有一定鹽度的水環(huán)境中，對(duì)鹽度的變化有一定的適應(yīng)范圍和耐受極限。與植物滲透壓類似，各種水生生物都保持著一定的體內(nèi)滲透壓。對(duì)于廣鹽性生物而言，它們可以進(jìn)行滲透壓的調(diào)節(jié)，能生活在較大的鹽度變化范圍內(nèi)，對(duì)鹽度變化的適應(yīng)能力很強(qiáng)。但對(duì)于狹鹽性生物而言，比如鹽度很低而沒有明顯變化的淡水中的水生生物，他們對(duì)鹽度變化非常敏感，甚至不能忍受鹽度的微小變化。當(dāng)氯鹽融雪劑進(jìn)入江河湖泊等淡水水體后，水體鹽度隨之升高。這對(duì)于這些淡水生物而言無疑是一場(chǎng)災(zāi)難。而一些對(duì)于浮游生物而言，鹽度升高可能會(huì)促進(jìn)其瘋狂增長(zhǎng)，引發(fā)類似因水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致赤潮的后果。最終將導(dǎo)致當(dāng)?shù)夭糠炙锏南ТM，生態(tài)環(huán)境改變，生物多樣性減少。融雪劑進(jìn)入地下水后，會(huì)影響地下水的質(zhì)量。對(duì)于一些以地下水作為生活用水的人們，飲用后會(huì)影響他們的健康。2.7.4融雪劑對(duì)混凝土的破壞道路橋梁的混凝土在正常的日曬雨淋以及表面接觸摩擦下，其發(fā)生腐蝕破壞在所難免，但融雪劑的大量使用則大大地加快了混凝土的破壞。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，使用過融雪劑的道路橋梁表面的混凝土因鹽害而腐蝕的情況比沒使用過融雪劑的道路橋梁要嚴(yán)重的多，使用壽命也大打折扣。這種破壞主要表現(xiàn)為混凝土表面的腐蝕脫落。據(jù)研究，這種破壞是從外至內(nèi)的破壞，層層剝落。融雪劑對(duì)混凝土的破壞是物理和化學(xué)作用的共同效果。物理上，鹽溶液經(jīng)過滲透作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部，伴隨溫度進(jìn)一步下降，水就會(huì)結(jié)冰，使得體積膨脹，對(duì)混凝土產(chǎn)生壓力。此時(shí)，混凝土內(nèi)部鹽濃度變大，使得更多的水分進(jìn)入混凝土。如此循環(huán)下，結(jié)冰產(chǎn)生的壓力變得更大，從而造成混凝土脫落?；瘜W(xué)上，主要是因?yàn)檫M(jìn)入混凝土內(nèi)部的氯鹽與混凝土中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且反應(yīng)物容易隨水流動(dòng)而流失，造成混凝土內(nèi)部孔隙增加，混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，故而更容易腐蝕脫落。2.7.5融雪劑對(duì)混凝土中鋼筋的破壞通常情況下，混凝土中的氫氧化鈣為鋼筋提供了一個(gè)堿性的環(huán)境，使得鋼筋表面形成一層鈍化膜，使鋼筋相對(duì)于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕。但當(dāng)氯鹽融雪劑滲入混凝土后，氯離子就會(huì)破壞這層鈍化膜。鋼筋失去鈍化膜后，從鈍化狀態(tài)變成反應(yīng)活潑狀態(tài)，最后鋼筋就會(huì)被腐蝕。當(dāng)鋼筋腐蝕生銹時(shí)，混凝土開裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。因而混凝土內(nèi)部孔隙增加，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的鹽溶液變得更多，更加加快了鋼筋與混凝土的腐蝕，減少了工程的使用壽命。鋼筋腐蝕發(fā)生的反應(yīng)主要是電化學(xué)反應(yīng)。進(jìn)入混凝土中的氯離子與碳鋼接觸，起到了去極化的作用，即降低了陽極的電極電位。鐵基體與鈍化膜之間存在著電位差，同時(shí)含有氯鹽的雪水充當(dāng)了電化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)，從而形成了腐蝕原電池。鋼筋表面不同電位區(qū)段形成陽極和陰極。陽極部位的鋼筋表面處于活化狀態(tài)，可以自由地釋放電子，陰極部位的鋼筋表面存在足夠的水和氧。而在這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過程中，氯離子是沒有參與到反應(yīng)中去，只是起到了引發(fā)劑的作用。伴隨氯離子的積累，它對(duì)鋼筋的腐蝕也越來越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致鋼筋結(jié)構(gòu)改變，強(qiáng)度減弱。與此同時(shí)，不斷產(chǎn)生的鐵銹也導(dǎo)致鋼筋體積增大，使得混凝土產(chǎn)生裂縫等不良后果。2.8融雪劑發(fā)展方向目前來說，對(duì)融雪劑的發(fā)展要求主要是追求高效環(huán)保經(jīng)濟(jì)。一方面追求氯鹽型融雪劑優(yōu)秀的融雪能力和低廉的成本，另一方面追求環(huán)保型融雪劑綠色環(huán)保的特點(diǎn)?；诖?，目前混合型融雪劑研究前景美好。對(duì)于一種融雪劑而言，一般從它的融雪能力以及它會(huì)對(duì)環(huán)境造成的影響兩方面來評(píng)價(jià)它的優(yōu)劣；而對(duì)于環(huán)保型融雪劑而言，主要是從融雪劑的比重、酸堿度、濃度和冰點(diǎn)的關(guān)系、氰化物、腐蝕性以及其它的一些重金屬的含量來評(píng)定。國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較少，國(guó)際上一般以太平洋西北除雪協(xié)會(huì)制定的關(guān)于環(huán)保型融雪劑的技術(shù)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)的話，北京市也對(duì)融雪劑環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)做出了相關(guān)的規(guī)定。綜合來說，作為環(huán)保型融雪劑，應(yīng)具有融雪能力強(qiáng)、低腐蝕性、無環(huán)境污染以及融雪成本低的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)部分3.1實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備如表所示：實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格產(chǎn)地1電子天平JM-A10002江蘇昆山城科電子有限公司2集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S上海霄漢實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司3電冰箱BCD-192KTJX青海海爾股份有限公司4燒杯50ml、100ml、250ml5量筒10ml、25ml6低溫溫度計(jì)-50℃7塑料杯8膠頭滴管3.2實(shí)驗(yàn)試劑如表所示：實(shí)驗(yàn)試劑序號(hào)名稱分子式產(chǎn)地規(guī)格物理性質(zhì)1氯化鉀KCl天津AR白色晶體或結(jié)晶性粉末2乙酸鉀CH3COOK天津AR無色有光澤的結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末或薄片3乙酸鈣CH3COOCa天津AR白色針狀結(jié)晶或結(jié)晶性粉末或顆粒4乙酸鎂CH3COOMg天津AR無色或白色結(jié)晶5丙二醇CH3CH(OH)CH2OH天津AR無色粘稠液體。微有辛辣味。能與水、丙酮和三氯甲烷相混溶。目前來說，用作汽車?yán)鋮s液的主要組成成分是乙二醇與丙二醇，他們具有具有很好的防凍性能，在體積分?jǐn)?shù)60%以下，它們的防凍效果基本相同，含量為40%時(shí)，冰點(diǎn)為－21℃；含量為60%時(shí)，冰點(diǎn)為－46℃；但乙二醇濃度超過60%后，隨著乙二醇濃度的升高，其冰點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，粘度也會(huì)隨著濃度的升高而升高。從目前融雪劑的發(fā)展來看，環(huán)保性能是融雪劑必不可少的一個(gè)考慮因素。丙二醇與乙二醇相比，乙二醇對(duì)動(dòng)物有毒性，人類致死劑量約為1.6g/kg丙二醇幾乎無毒。從生物降解方面看，丙二醇更易于生物降解，降解后對(duì)環(huán)境污染小，乙二醇容易氧化，生成有毒的草酸。因此丙二醇更適合作為融雪劑的主要成分。氯化鉀的性質(zhì)基本與氯化鈉相同，在氯鹽融雪劑家族中，其具有優(yōu)秀的融雪能力。與氯化鈉相比，鉀離子相比鈉離子更適合植物的吸收，避免了因鈉離子累積導(dǎo)致植被死亡的可能。乙酸鈣、乙酸鎂和乙酸鉀是綠色環(huán)保的冰點(diǎn)降低有機(jī)鹽，其中乙酸鈣和乙酸鎂是CMA的主要成分，具有優(yōu)秀的融冰能力。3.3實(shí)驗(yàn)步驟3.3.1實(shí)驗(yàn)一步驟制取冰塊：在若干規(guī)格相同的塑料杯中加入相同質(zhì)量的水，將其放入冰箱12小時(shí)進(jìn)行冷卻結(jié)冰，留備待用。將冰箱溫度控制檔調(diào)至1檔，用低溫溫度計(jì)記下此時(shí)冰箱溫度﹣14±1℃。配制體積分?jǐn)?shù)為20%的丙二醇溶液：用25ml量筒量取20ml的蒸餾水以及用10ml量筒量取5ml丙二醇一同置于50ml的燒杯中，輕微搖晃，使其充分混合。稱取樣品：用電子天平稱取二水磷酸二氫鈉和尿素共6g，按照1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的比例稱取，共9組。制備混合溶液：將步驟3中稱取的樣品分別加入步驟2中的丙二醇溶液，放入轉(zhuǎn)子，將其放在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌溶解，完全溶解后，將其取出。再用電子天平按7∶3的比例稱取乙酸鎂和乙酸鈣共6g。加入20ml的蒸餾水，制成CMA溶液。將步驟4和5中的溶液放入冰箱12小時(shí)中，冰箱溫度檔保持不變。12小時(shí)后取出觀察。3.3.2實(shí)驗(yàn)二步驟按實(shí)驗(yàn)一的步驟2、3、4制備混合溶液；再按實(shí)驗(yàn)一的步驟5制備CMA溶液并在其中加入5ml的丙二醇。稱量冰塊質(zhì)量：從冰箱中取出裝有冰塊的塑料杯，將其表面的水分及冰屑擦干，迅速稱量，記下其質(zhì)量m。融冰實(shí)驗(yàn)：在塑料杯中迅速放入配置好的溶液，并轉(zhuǎn)入冰箱中。恒溫0.5h后，取出塑料杯，將杯中溶液倒掉并將其中的液體擦干，迅速稱量剩余質(zhì)量m1。則融化的冰塊質(zhì)量為m-m1。對(duì)比實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)二步驟1的CMA溶液做相同實(shí)驗(yàn)來作對(duì)比，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)：將融冰時(shí)間延長(zhǎng)至1h，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)一：在冰箱溫度14±1℃下，九組混合溶液沒有出現(xiàn)水結(jié)冰的現(xiàn)象，但有結(jié)晶出現(xiàn)，這應(yīng)該是溫度下降導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度下降，進(jìn)而晶體析出；而CMA溶液出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。證明混合溶液降低冰點(diǎn)的能力比CMA溶液強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)二：數(shù)據(jù)如下表所示：表一：融冰實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30min的數(shù)據(jù)記錄表氯化鉀和乙酸鉀