張曼

（赤峰學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

CF-環(huán)保型融雪劑的制備及性能研究

張曼

（赤峰學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

本論文采用自制的工業(yè)化試驗裝置和工藝流程，以冰乙酸，鈣鎂鹽等為原料[1]，制備出以醋酸鈣鎂鹽為主要成分的環(huán)保型融雪劑.研究了環(huán)保型融雪劑的融冰能力、不同組分配比對融冰能力的影響規(guī)律.結(jié)果表明：當(dāng)液體融雪劑中醋酸鎂和醋酸鈣的體積比達(dá)到7:3時融冰能力達(dá)到了最大值[2]，當(dāng)其與一定比例的氯化鎂配合后，可提高其融冰能力.液體融雪劑中氯化鎂：醋酸鎂：醋酸鈣=7:2:1（體積比）時，融雪劑的融冰能力達(dá)到最大值[2].本實驗制備的融雪劑是一種低腐蝕性和高融冰能力的低成本的環(huán)保型融雪劑.

醋酸鈣鎂鹽；環(huán)保型融雪劑；融冰能力

1 前言

冬季冰雪是嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸?shù)囊粋€因素[3]，隨著交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，融雪劑隨之產(chǎn)生.融雪劑是用來降低冰雪冰點的鹽，目前所使用的融雪劑大致可以分為三類：一類是氯鹽型；第二類是非氯鹽型（有機(jī)或者無機(jī)鹽、胺、醇）；第三類是混合型：氯鹽+非氯鹽、氯鹽+非氯鹽+阻銹劑[4].融雪劑導(dǎo)致路旁植被大量死亡，公路、橋梁、混凝土路面受到腐蝕破壞[5].基于這種現(xiàn)狀，利用冰點降低原理，對復(fù)合型融雪劑進(jìn)行了研發(fā).最終研制出高融冰效率、低腐蝕、污染小、對植物傷害小的復(fù)合型融雪劑.復(fù)合型融雪劑是根據(jù)傳統(tǒng)氯鹽類融雪劑和醋酸鈣鎂鹽類融雪劑改進(jìn)、復(fù)配而來的.其生產(chǎn)工藝簡單，配制方便，實用性高，與以前所用的傳統(tǒng)氯鹽類融雪劑相比，復(fù)合環(huán)保型融雪劑具有高融冰效率、低腐蝕、污染小、對植物傷害小等優(yōu)點，且各項指標(biāo)均達(dá)到了GB/T23851-2009的標(biāo)準(zhǔn).

醋酸鈣鎂鹽是醋酸鈣和醋酸鎂的混合物，是20世紀(jì)80年代美國為了代替高速公路的除冰(雪)劑氯化鈉而研發(fā)的一種環(huán)保型化學(xué)品[6].同氯化鈉比較，它具有熔點低、可生物降解、對公路基礎(chǔ)設(shè)施中的混凝土與金屬的腐蝕性小、對土壤和水源幾乎不造成污染等諸多優(yōu)點.本文是在前人研究的基礎(chǔ)上，對醋酸鈣鎂鹽類環(huán)保型融雪劑進(jìn)行復(fù)配，制備得到融雪性、環(huán)保性兼?zhèn)涞膬?yōu)質(zhì)融雪劑.

2 實驗過程

2.1 實驗試劑和儀器

冰乙酸；碳酸鈣；氫氧化鈉；硫酸鎂；氯化鎂；氯化鈉；電子分析天平；

數(shù)字熔點儀；控溫電熱套；量筒；燒杯；漏斗；容量瓶；研缽；移液管；洗耳球.

2.2 融雪劑的制備工藝

2.2.1 醋酸鈣的制備

(1)取4份等量冰乙酸分別稀釋為10倍、20倍、30倍、50倍于50mL容量瓶中，貼好標(biāo)簽為1、2、3、4待用.將碳酸鈣研磨成粉末狀.用移液管取6mL1號容量瓶中的冰乙酸于小燒杯中，加入5.0327gCaCO3粉末，攪拌均勻，在室溫下反應(yīng)20min(pH=8.5左右）[7]；將得到的溶液抽濾，得到無色透明濾液，即為醋酸鈣溶液.如圖1.將濾液置于電熱套中蒸發(fā)結(jié)晶即得到固體醋酸鈣.用移液管別取6mL2號、3號、4號溶液于小燒杯中，準(zhǔn)確稱取5g碳酸鈣粉末，重復(fù)上述過程，記錄數(shù)據(jù).

（2）取4份新配制的釋10倍的冰乙酸溶液，貼好標(biāo)簽1、2、3、4.將碳酸鈣研磨成粉末狀.用移液管取6mL1號容量瓶中的冰乙酸于小燒杯中，精確稱量適量碳酸鈣粉末，攪拌均勻，在室溫下反應(yīng)20min（pH=8.5左右）；將得到的溶液抽濾，得到無色透明濾液，即為醋酸鈣溶液.將濾液置于電熱套中蒸發(fā)結(jié)晶即得到固體醋酸鈣，記錄數(shù)據(jù).

2.2.2 醋酸鎂的制備

類2.2.1醋酸鈣的制備，實驗所用氫氧化鎂由硫酸鎂和過量的氫氧化鈉反應(yīng)制得.用氨水做沉淀劑以防生成膠體.最終得到無色透明溶液，即為醋酸鎂的水溶液，如圖2.將濾液置于電熱套中蒸發(fā)結(jié)晶即得到固體醋酸鎂，記錄數(shù)據(jù).

圖1

圖2

2.3 環(huán)保型融雪劑的配制及其融冰能力實驗

2.3.1 CF-Ⅰ融雪劑的配制及其融冰能力實驗

（1）配制0.2mol/L的醋酸鈣溶液，0.2mol/L的醋酸鎂溶液和0.2mol/L的氯化鎂溶液備用.將醋酸鎂和醋酸鈣以0:10、1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8: 2、9:1的比例混合即為融雪劑溶液，命名為CF-Ⅰ融雪劑.

（2）測試其融冰能力，取10mL醋酸鎂溶液置于小燒杯中，標(biāo)號1.再取1mL醋酸鈣溶液，9mL醋酸鎂溶液置于小燒杯中，攪拌混合，標(biāo)號2.同樣按照上述比例，以1mL為單位混合成融雪劑溶液，標(biāo)號3-10.再取個小燒杯準(zhǔn)確稱量并記錄，準(zhǔn)備好的冰塊用這個小燒杯盛放置于-10℃的低溫恒溫箱中恒溫備用.從低溫恒溫箱中取出1個盛有冰塊的燒杯，擦干外壁的水和冰，迅速精確稱量，記錄數(shù)據(jù).將已配置的1號融雪劑溶液10mL迅速倒入小燒杯中，記錄冰塊全部融化所需要的時間.分別取2-10號融雪劑溶液倒入盛有冰塊的小燒杯中，重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù).

2.3.2 CF-Ⅱ融雪劑的配制及其融冰能力實驗

將氯化鎂溶液，醋酸鈣溶液和醋酸鎂溶液按7: 2:1，7:1:2，6:2:2，5:4:1的比例混合為新的融雪劑溶液，將這種復(fù)合型融雪劑溶液命名為CF-Ⅱ融雪劑.取7mL氯化鎂溶液，2mL醋酸鎂溶液，1mL醋酸鈣溶液置于小燒杯中，攪拌混合，標(biāo)號1.按上述比例配制新的融雪劑溶液標(biāo)號2-4，測其融冰所需時間.

2.3.3 CF-Ⅲ融雪劑的配制及其融冰能力實驗

將配制好的醋酸鎂溶液和醋酸鈣溶液等量混合為融雪劑溶液，以0:10，1:9，2:8，3:7，4:6，5:5，6: 4，7:3，8:2，9:1的比例與氯化鈉溶液混合成新的融雪劑溶液.取10mL氯化鈉溶液置于小燒杯中，標(biāo)號1.再取1mL醋酸鈣和醋酸鎂的混合液，9mL氯化鈉溶液置于小燒杯中，攪拌混合，標(biāo)號2.同樣按照上述比例，以1mL為單位混合成融雪劑溶液，標(biāo)號3-10.測其融冰所需時間.

2.3.4 分別測蒸餾水和氯化鈉使冰塊融化所需的時間.

2.4 融雪劑的熔點測定將醋酸鈣固體和醋酸鎂固體研磨成粉末，分別裝入兩個熔點管中，測定其熔點，并記錄數(shù)據(jù).

3 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理

表1 將CF-Ⅰ融雪劑溶液中的醋酸鈣和醋酸鎂溶液按不同體積比例混合配制成的融雪劑使冰塊融化的時間記錄

則單位時間內(nèi)冰塊融化的速率計算如下，以0: 10為列，冰塊融化的速率=冰塊質(zhì)量/融化所需時間代入數(shù)據(jù)5.1983÷7.22=0.7199

將上述數(shù)據(jù)用圖3表示，冰塊融化的速率用v表示.

圖3

則單位時間內(nèi)冰塊融化的速率計算如下，以7: 2:1為列，冰塊融化的速率=冰塊質(zhì)量/融化所需時間代入數(shù)據(jù)4.8715÷3.07=1.5630

表2 將CF-Ⅱ融雪劑溶液中的氯化鎂，醋酸鈣和醋酸鎂溶液按不同體積比例混合配制成的融雪劑使冰塊融化的時間記錄

將上述數(shù)據(jù)用圖4表示，冰塊融化的速率用v表示.

圖4

表3 CF-Ⅲ融雪劑溶液中醋酸鎂和醋酸鈣的混合液與氯化鈉按不同體積比例混合配制成的融雪劑使冰塊融化的時間記錄

則單位時間內(nèi)冰塊融化的速率計算如下，以0: 10為列，冰塊融化的速率=冰塊質(zhì)量/融化所需時間代入數(shù)1.7325÷0.6667=2.5988

將上述數(shù)據(jù)用圖5表示，冰塊融化的速率用v表示.

氯化鈉的融冰能力測試，冰塊質(zhì)量1.9810g融化時間0.9167min，冰塊融化的速率為1.9810÷0.9167=1.5630；蒸餾水的融冰能力測試，冰塊質(zhì)量3.0278g，融化時間1.35min，冰塊融化的速率為3.0278÷1.35=2.2428；數(shù)字熔點儀測定熔點，醋酸鈣的熔點為126℃，醋酸鎂的熔點為54℃.

4 結(jié)果與討論

圖5

實驗表明，CF-Ⅰ型融雪劑中隨著醋酸鎂比例增加，其融冰能力逐漸增大，當(dāng)醋酸鎂和醋酸鈣的體積比達(dá)到7:3的時候，融冰速率最大，融冰能力最強(qiáng)，繼續(xù)增加醋酸鎂的比例，融冰能力下降；CF-Ⅱ型液體融雪劑中氯化鎂:醋酸鎂:醋酸鈣=7:2:1時，融冰能力最強(qiáng)，是種低成本的環(huán)保型融雪劑. CF-Ⅲ型融雪劑中氯化鈉的比例越大，其融冰能力越強(qiáng).所以我們選擇CF-Ⅱ和CF-Ⅲ型融雪劑，它們不僅融冰效果較好，同時價格低廉，是值得推廣的環(huán)保型融雪劑.

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