基于工程造价的环境友好绿色催化剂设计

平熹

摘 要：绿色催化剂是在催化转化反应过程中，不产生环境污染，甚至是“零排放”，从而实现清洁生产的一类催化剂。当前节能型社会发展的需要，绿色化学中急需更多的绿色催化剂。基于工程造价引入绿色化学理念，设计了加入一种固化剂进行水玻璃耐水性优化。采用固化剂起到了催化效果，提高了涂层耐水性。使水玻璃形成三维网络结构起到了绿色催化的效果，对于我国工程造价的改进具有一定的参考价值。

关 键 词：工程造价；水玻璃；房屋建筑；网络结构

中图分类号：F 426.9 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）03-0488-03

Abstract： Green catalysts dont form environmental pollution in the catalytic conversion reaction to realize clean production. In order to meet the needs of energy saving social development， more green catalysts need be developed. Based on the project cost， through introducing green chemistry idea， the water resistance of sodium silicate was optimized by adding a curing agent. The curing agent has played catalytic effect to improve the water resistance of coating. The three-dimensional network structure of the sodium silicate has green catalytic effect. This research has a certain reference value for our country's engineering cost improvement.

Key words： Sodium silicate； Housing construction； Network structure

绿色化学是以绿色意识为指导，以最终杜绝化学污染源，实现绿色化学为最终目标[1，2]。绿色化学的最大特点在于在始端采用实现污染预防的科学手段，过程和终端实现零排放和零污染。目前绿色化学的研究重点是[3-6]： （1）设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物，这是绿色化学的关键部分； （2）探求新的、更安全的、对环境更友好的化学合成路线和生产工艺，可从研究、变换基本原料和起始化合物以及引人新试剂入手； （3）改善化学反应条件、降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放。水玻璃即硅酸钠，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱[7]。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数[8-9]。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。水玻璃的密度：土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.36～1.50 g/cm3[10-12]。水玻璃模数：水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5～3.5之间，水玻璃模数越大，固体水玻璃越难溶于水，二氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘结力增大[13，4]。

水玻璃具有耐酸、粘结力强、廉价等优点，作为无机粘结剂在金属防腐领域具有较大应用潜力，但存在耐水性差、脆性大等问题，限制其应用。通过分析水玻璃耐水性差的原因，探索提高水玻璃耐水性的途经，并将水玻璃应用于金属的防腐领域。论文探究以自制防水固化剂对水玻璃图层的性能影响及相关的作用机理。

1 工程造价角度探讨催化剂概述

工程造价具备了以下特点：大额性、单个性、层次性、阶段性、动态性。有效控制工程造价应体现以下原则：以设计阶段为重点的全过程造价控制。技术与经济相结合是是控制工程造价最有效的手段。

工程造价控制的主要内容：决策阶段做好投资估算。投资估算对对工程造价起到指导性和总体控制作用；设计阶段强调限额设计。限额设计是控制工程造价的有效措施。经批准的投资估算作为工程造价控制的最高限额，是限额设计控制工程造价的主要依据；招投标阶段重视施工招标；施工阶段加强合同管理和事前控制。

本文主要从设备及工器具费角度进行改进优化：设备及工器具费由设备购置费和工器具、生产家具购置费组成。它是固定资产投资中的组成部分。设备购置费是指为项目购置或自制的达到固定资产标准的各种国产或进口设备、工具、器具的购置费用。由设备原价和设备运杂费构成。

2 工程造价角度优化绿色催化剂实验

2.1 实验原材料

普通水玻璃：模数m=2.3 密度ρ=1.514 g/cm3 ，SPSN，LSEQN，MTC：食品级MTC代糖甜味剂，CO2：工业瓶装CO2，空气：工业瓶装空气，环境温度：25 ℃ 湿度：38% RH，水浴温度：（90±10）℃，气体温度：（40±5）℃。

2.2 固化剂的制备

称取一定量水玻璃（占石英砂5%），称取一定量SPSN和LSEQN（各占水玻璃2%），放在研钵中研成粉末；将SPSN与LSEQN加入到水玻璃中，用玻璃棒搅拌均匀。图1为固化剂的扫描电镜图。

3 实验结果及分析

3.1 固化剂对水玻璃涂层性能的影响

固化剂的加入能够使水玻璃固化形成网状三维结构，生成大量的Si-O-Si键。由于Si-O-Si键易收缩，大量的Si-O-Si键会导致涂层的脆性增大，使涂层易开裂、翘曲。本论文通过实验发现，加入3%（wt）Y-400玻璃纤维，能够提高涂层的韧性，缓解涂层开裂、翘曲的情况（图2）。

3.2 实验结果分析

3.2.1 水玻璃涂层作用机理的分析

Si-OH具有自发缩聚的趋势，但是这个反应在没有外加固化剂的情况下，进行的程度很低，量很少。因此，没有外加固化剂的水玻璃通过加热固化后是以零散的低聚合结构和原始结构组成。图3为加固化剂的水玻璃固化后结构组成图。

从图3可以看出，低聚结构中存在着大量Si-OH和Si-O-Na键，这两种键的不稳定，易被水分子攻击而断裂，导致低聚合结构和原始结构遭到破坏，从而固化后的水玻璃失去强度。本文推测，固化剂可以与水玻璃相互作用，使水玻璃中的Si-OH之间的聚合程度提高。

3.2.2 结果分析

对不同固化剂加入量的涂层粉末进行DSC-TG分析，其结果如图4所示。

DSC-TG结果表明：随着固化剂的加入量不断增大，样品在100 ℃左右的失水峰不断右移；随着XK-1的加入量不断提高，样品的失重量不断减少。因此，XK-1的加入，使得水玻璃的固化程度提高，三维结构更加完善。从推导的水玻璃固化后的网状三维结构可以看出，形成的网状结够将Na+屏蔽在网格中，产物[XK-1]n[OH]m又固定了OH-，从而提高了水玻璃的耐水性。而形成的三维结构中大量的Si-O-Si键导致涂膜加热过程中，收缩较大，涂膜易龟裂，这与实验现象吻合。

4 结 论

当前绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善，但大多数催化剂仍停留在实验阶段，催化剂性能不稳定，制备过程复杂，性价比低是制约其工业化应用的主要原因，但从长远角度考虑，采用绿色化工催化剂是实现生产零污染的一个必然趋势。本文工程造价角度优化了绿色催化剂的特性，采用涂覆技术在Q235钢表面涂覆水玻璃涂层，通过自制防水固化剂提高涂层耐水性，并加入Y-400玻璃纤维提高涂层韧性。固化剂对水玻璃的作用机理主要是能够使水玻璃形成三维网络结构，使Na+被屏蔽在网格中，从而提高水玻璃的耐水性。现阶段对工程造价成本控制的范围，大多集中在工程实施阶段，如果将绿色催化剂的理念融入到工程造价成本控制中，在工程前期设计阶段就将绿色催化剂与工程设计融为一体，并在工程实施阶段保障绿色催化剂的正确使用，就能够比其他工程在竣工后的节能减排，保护环境更有优势。所以，绿色催化剂的设计使用将工程造价成本控制的理念得以由工程竣工验收之前延展到工程竣工验收后的运营、维护阶段，并且对节能减排、环境保护、实现可持续发展有着重要意义。

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