环保型腐殖酸复合融雪剂的研究

洪 岩，朱宝伟，陈 红

(营口理工学院 化学与材料工程系，辽宁 营口 115014)

融雪剂是一种以降低冰点来融冰除雪的化学混和物。其具有极强的吸水性和遇水易释放溶解热的特性。

我国幅员辽阔，北方冬季降雪频繁而且单次降雪量大，大量降雪给交通带来极大不便。雪后除雪工作是一个十分重要的问题，直接关系到行车和行人的安全。为了快速、高效的融冰除雪，人们开始使用融雪剂除雪。随着氯盐类融雪剂的大量使用，各种环境问题也接连而至。每年因为融雪剂的大量使用而造成城市绿化植物枯死、路面及桥面破坏、金属受损坏、地下水受污染等现象日益严重[1]。最近美国科学家发现，城市喷洒盐水化雪还会破坏臭氧层[2]。融雪剂可分为氯盐型和非氯盐型两类。氯盐型融雪剂价格便宜、融雪效果较好。但随氯盐型融雪剂的使用，带来了一些列“盐害”问题[3-5]。因此，开发一种替代氯盐型且高效环保、可修复受损土地、腐蚀性低的融雪剂，已成为当今研究的热点[6-7]。

本实验将醋酸盐、泥炭提取物腐殖酸进行了复配，配制出环保融雪剂并对融雪剂的性能进行了测定。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

1.1.1 材料

雪:自取(天然)； 豆种:市售； 锌片、铜片:市售。

1.1.2 试剂

醋酸镁、醋酸钾、醋酸钙为均为化学纯(天津市大茂化学试剂厂) ；普通融雪剂市售；腐殖酸实验室自制。

2.1.3 仪器

实验主要仪器： PHS-3B精密pH计(上海虹益仪器仪表有限公司)；JY系列电子分析天平(上海方瑞仪器有限公司)；BCD-192KTJ冰箱(青岛海尔股份有限公司)；4530F原子吸收分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司)等。

1.2 实验方法

1.2.1 复配融雪剂制备的方法

1.2.1.1 单因素实验

采用醋酸镁、醋酸钾、醋酸钙进行了复配研究，并与普通融雪剂进行了融雪比较，具体操作如下：称取复配的醋酸盐融雪剂和普通融雪剂→分别放入已称量雪的小烧杯→至于-20～-25℃的冰箱内→观察融雪情况→计算融雪速率。

1.2.1.2 正交实验

设计因素水平表→数据分析→确定较佳融雪条件及各因素影响大小顺序→确定最优方案→计算融雪速率。

1.2.2 环保型雪剂制备的方法

称取1 g最优配方复配融雪剂→加入泥炭腐殖酸→测pH值→根据国标和实际情况选择加入腐殖酸的量→得到最终产品。

1.3 性能测试

1.3.1 融雪性能测试

分别称取不同的融雪剂各1 g，放入已称量雪的小烧杯中，并置于-20～-25℃冰箱内。记录已称量的雪质量和融化所需时间，则单位时间内雪融化的速率计算如下，融化速率=雪质量(g)/融化所需时间(min)。

1.3.2 pH值检测

用标液校准PHS-3B型精密pH计，称取1g环保型融雪剂，溶解后用PHS-3B型精密pH计测其pH值。

1.3.3 重金属含量检测

将配制的环保型融雪剂产品稀释，采用4530F型原子吸收分光光度计进行检测，按国家道路除冰雪融雪剂质量标准(GB/T23851-2009)检测高效环保型融雪剂中汞、镉、铬、铅、砷的含量。

1.3.4 对金属的腐蚀性试验

选取铜片、锌片各两片，分别放入环保型融雪剂和普通融雪剂中，浸泡48 h后取出，在空气中放置48 h，称量腐蚀前后质量并记录。

1.3.5 对植物生长影响试验

选取两个大小规格相同的盘，盘中种植相同数量的豆子。每天在盘中分别浇等量的水和环保型融雪剂溶液，观察其生长情况。

2 实验结果与讨论

2.1 单因素实验及结果分析

2.1.1 融雪剂的复配

1)将醋酸钾和醋酸镁以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，并与普通融雪剂相比，实验结果显示醋酸钾和醋酸镁复配的效果好于传统的融雪剂，当醋酸钾∶醋酸镁为7∶3(g∶g)(I)时融雪效果最好。

2)将醋酸钾和醋酸钙按1)的方法进行实验，当醋酸钾∶醋酸钙为=9∶1(g∶g)(II)时融雪效果最好。

3)以融雪剂(I)中最佳配比为X和融雪剂(II)中最佳配比为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)的比例混合即为融雪剂III。考查了融雪剂III的融雪效果。

结果显示：采用醋酸盐复配的融雪剂融雪速率好于普通融雪剂，在配比为醋酸钾：醋酸镁：醋酸钙为16∶3∶1(g∶g∶g)时融雪速率最快，为0.1417g/min，普通融雪剂为0.1227g/min。

2.2 正交实验及结果分析

根据2.1的单因素实验，选用三因素三水平的正交实验考察三种醋酸盐的最佳配比，因素水平表见表1，正交实验结果见表2。

表1 正交因素水平表

表2 正交实验结果

由表2可以看出，以上三个因素对融雪速率的影响的主次顺序依次为A>C>B ，即：醋酸钾质量 > 醋酸钙质量 > 醋酸镁质量。从极差数据分析，得出融雪速率最佳条件A2B2C2，即：醋酸钾质量17g、醋酸镁质量4g、醋酸钙质量2g。

2.3 含泥炭腐殖酸环保型融雪剂的配制

称取六份最优配比的融雪剂分别置于1～6号小烧杯中，且每份均称取1g。在1～6号小烧杯中分别加入0.05g、0.07g、0.09g、0.11 g、0.13 g、015 g腐殖酸。测其pH值分别为6.92、6.85、6.54、6.28、6.22、6.02。

根据国家道路除冰雪融雪剂质量标准(GB/T23851-2009)的pH值范围，并结合营口地区中土地多为盐碱地，因此选择环保型融雪剂中腐殖酸的加入量为0.13g。

2.4 环保型融雪剂的性能测试

2.4.1 pH值检测及结果分析

根据高效环保型融雪剂的制备过程中PHS-3B型精密pH计的检测结果，可得到pH值范围为6.0～7.0。符合国家道路除冰雪融雪剂质量标准(GB/T23851-2009)[8]。

2.4.2 对金属的腐蚀测试实验及结果分析

选取两个铜片和两个锌片，铜片标记为1、2号，锌片标记为3、4号。称重并记录。称取两份环保型融雪剂分别置于1、3号小烧杯，且每份均称1g。称取两份普通融雪剂分别置于2、4号小烧杯，且每份均称1g。按实验1.3.4进行，结果如表3。

表3 铜片、锌片腐蚀前后对比表

通过腐蚀性实验观察，由表中数据得出含泥炭腐殖酸环保型融雪剂腐蚀性明显低于普通融雪剂的腐蚀性。

2.4.3 对植物生长影响实验及结果分析

按实验1.3.5进行植物生长分析，观察含泥炭腐殖酸融雪剂对大豆生长的影响，结果如图1所示。通过观察盆中豆种生长情况可以看出含腐殖酸环保型融雪剂对植物生长无不良影响，且生长较快。

3 结论

(1)通过单因素实验和正交实验，得出含腐殖酸环保型融雪剂的组成为醋酸钾、醋酸镁、醋酸钙和腐殖酸，其中醋酸钾、醋酸镁、醋酸钙、腐殖酸复配比为17∶4∶2∶3(g∶g∶g∶g)。

(2)分别考察了含腐殖酸环保型融雪剂的融雪性能、pH值等性能指标，结果显示含腐殖酸环保型融雪剂符合国家道路除冰雪融雪剂质量标准(GB/T23851-2009)；腐殖酸融雪剂pH显弱酸性对盐碱地有益对周围环境没有损害。