基本信息
- 项目名称：
- 复合CMA环保型融雪剂的研制及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 复合CMA环保型融雪剂是一种新型的由传统氯盐类融雪剂以及醋酸钙镁盐类融雪剂演变而来的复合型融雪剂。其生产工艺简单，配制方便，实用性高，与传统氯盐类融雪剂相比，复合CMA环保型融雪剂高融冰效率、低腐蚀、污染小、对植物伤害小的复合型融雪剂，且各项指标均达到了GB/T 23851-2009的标准。从生产上和使用上都符合低碳、环保的理念，符合“十二五”提高环境质量的发展方向。
- 详细介绍：
- 冬季下雪是阻碍交通的“大敌”。二十世纪四、五十年代，随着交通运输的迅速发展，融雪剂应运而生。融雪剂主要用于机场、公路、铁路、城市街道等地方，起到除雪或防冻作用。氯盐类融雪剂因其融雪效果好、价格便宜，一直被广泛地应用于道路的除雪化冰。直到现在，一些国家仍以氯盐作为融雪剂的主体。而我国对于道路除冰融雪剂的使用也是以氯盐为主。然而，过度使用氯盐融雪剂会导致路旁植被大量死亡，公路、桥梁、混凝土路面受到腐蚀破坏。被掺进了融雪剂的雪融化后渗入地表，污染江河、地下水，对生态环境造成了严重的破坏，所以研究新型的融雪剂，改善现有融雪剂的性能迫在眉睫。 20世纪80年代末90年代初，国外开始研究乙酸盐融雪剂，醋酸钙镁盐的出现使之有了突破性的改变。醋酸钙镁盐(CMA)为醋酸钙和醋酸镁的混合物,是20世纪80年代美国为代替高速公路的除冰(雪)剂氯化钠而开发的一种环保型化学品。与氯化钠相比较,CMA具有熔点低、可生物降解、对公路基础设施中的混凝土与金属的腐蚀性小、基本上对土壤和水源不造成污染等优点。通常,CMA是由冰醋酸与白云石反应制得,但此生产成本高,其产品价格为氯化钠的30倍,制约了CMA的普遍应用。且通过实验发现，其融冰效果以及其他性能并不是最优，可再加以提高。本研究基于许英梅老师专利《CMA环保型融雪剂的制备方法》，以生物质（秸秆、木屑等）热解废液（木醋液）为原料,生产CMA类环保型融雪剂,并对其应用性能进行了研究，以此为基础，再结合传统融雪剂的优点对复合型融雪剂进行研发、配制，制得出了高融冰效率、低腐蚀、污染小、对植物伤害小的复合CMA环保型融雪剂。针对融雪剂融冰性能、碳钢腐蚀率做了系统的研究，对重金属离子做了含量检测，并且对植物的伤害、混凝土的破害、环境的影响做了初步的评估，其结果都相对理想。其融冰能力和对碳钢的腐蚀率以及其他指标均达到了国家标准GB/T 23851-2009的规定值。是一种低成本、高效率、低污染、高实用性的复合型融雪剂。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 基于融雪剂会导致路旁植被大量死亡，公路、桥梁、混凝土路面受到腐蚀破坏的现状，利用冰点降低原理及金属腐蚀基本原理，对复合型融雪剂进行了研发、配制。最终研制出高融冰效率、低腐蚀、污染小、对植物伤害小的复合型融雪剂。在配制上，利用生物质热解废液为原料，制备出以醋酸钙镁，使其与氯化镁进行复合，提高了融冰能力，降低了氯盐的成分，从而降低了氯害；且各项指标均达到了GB/T 23851-2009的标准。
科学性、先进性及独特之处
- 生产工艺简单，配制方便，实用性高。利用生物质热解气化反应产生的副产品，提供了一种低成本、绿色环保的融雪剂。与现有的融雪剂相比, 复合CMA环保型融雪剂融冰性能优异，超过了传统融雪剂。并以金属腐蚀理论为基础，通过加入缓蚀剂很好的抑制了融雪剂对钢筋混凝土的腐蚀。在同类产品中性能突出、优越，腐蚀率不仅低于国标的要求，也低于醋酸钙镁盐类融雪剂。各项指标均达到了GB/T 23851-2009的标准。
应用价值和现实意义
- 与传统氯盐类融雪剂相比，复合CMA环保型融雪剂对环境的影响明显减弱，主要体现在对钢筋腐蚀率低、对混凝土破坏小、不破害植物正常生理代谢、降低了盐度，降低了“氯害”，并且提高了可分解有机成分，从而降低了融雪剂对周边水体及地下水的影响。从生产上，利用废液提取成分，遵循可持续发展的发展方向；从使用上，降低了对环境的负面影响。符合低碳、环保的理念，符合“十二五”提高环境质量的发展方向。
学术论文摘要
- 本研究采用自制工艺流程，以生物质热解废液为原料，制备出复合CMA环保型融雪剂。由此，研究复合CMA环保型融雪剂的融冰能力及其不同组分配比对融冰能力的影响规律。结果表明：当液体融雪剂（20%）中醋酸镁和醋酸钙体积比为7:3时，融冰能力达到最大值91%，达到了国家标准的规定值90%。当与一定比例的氯化镁复合后，提高了融雪剂的融冰能力，当液体融雪剂（20%）中氯化镁：醋酸镁：醋酸钙=7:2:1（体积比）时，融雪剂的融冰能力可达114%；再加入亚硝酸盐，抑制了复合CMA融雪剂的腐蚀率，结果表明，在加入量很少的情况下（5%），腐蚀率X=0.084，达到了规定值X≤0.18。
获奖情况
- 本研究于2008年秋开始，至2010年夏结束实验阶段，按照2009年国家道路除冰融雪剂标准“GB/T 23851-2009”，对融雪剂的各项性能一一进行测定，均达到了国标的规定。期间共投稿两篇，其中《复合CMA环保型融雪剂的融冰能力研究》已被化学世界(中文核心,CSCD收录)收录，将于5月出版；《复合CMA环保型融雪剂对碳钢的腐蚀率研究》也已被化学世界(中文核心,CSCD收录) 收录。
鉴定结果
- 已通过大连市产品质量监督检验所的检验认证，各项指标均合格，检验报告见附件三。
参考文献
- [1] 许英梅，张秋民等.环保型融雪剂及其制备方法[P]. 中国发明专利， ZL200510054964.5, 2008,06 [2] 许英梅,张秋民,等.木醋液利用技术[M].北京:化学工业出版社, 2008. [3] 许英梅,刘倩等. CMA类环保型融雪剂的应用研究进展[J].化学世 界,2010,7:435-442. [4] 其他参考文献见附件八
同类课题研究水平概述
- 随着融雪剂的应运而生，接踵而至的是常用融雪剂带来的污染，如：饮用水被污染，沥青路面在融雪剂的腐蚀下出现龟裂现象，道路两边的草木枯死等，高效而环保的融雪剂的研究与开发成为当前相关领域的热点话题。醋酸钙镁盐CMA类融雪剂以其良好的水溶性、较低的熔点和超强的融雪能力倍受人们关注，对于制备环境友好型融雪剂有重要意义。 目前国内外所用的融雪剂大致分为三类: 一类是氯盐型，例如氯化钙、氯化镁、氯化钠等；第二类是非氯盐型( 有机或无机盐、胺、醇) ，例如醋酸钙镁盐(CMA)、醋酸钾等；第三类是混合型: (1)氯盐+非氯盐。(2)氯盐+非氯盐+阻锈剂。传统的氯盐融雪剂（主要为氯化钠、氯化钙）以其低廉的价格、良好的融冰能力占据融雪剂的主要市场；在美国和俄罗斯, 醋酸钙镁盐和醋酸钾有一定的应用，但受价格因素限制，应用范围较窄。 目前新型融雪剂的研究方向大致有两个：（1）低成本醋酸钙镁盐类环保型融雪剂的研究，当前可查阅的醋酸钙镁盐制备方法有合理回收醋酸稀溶液、利用含醋酸的糠醛的废水、利用乳酪下脚料生产等；（2）对传统氯盐型融雪剂的改进，例如，王小光等以传统氯盐为突破口，以冰点降低理论、金属防腐理论、植物伤害机理为依据，研制了PSA系列新型高效环保新型融雪剂（采用失重间浸悬挂法,以w ( PSA1 ) =3%的溶液为腐蚀液,对磷酸二氢钠、葡萄糖酸钠、硫酸锌、钨酸钠、钼酸钠、硅酸钠及硫脲等7种常用缓蚀剂进行正交腐蚀实验考察, 筛选出有效缓蚀剂,进而对其进行优化复配设计），郑州大学许秀成教授等提出新型“环境友好、作物营养型融雪剂”的概念，设计开发出的环境友好、作物营养型融雪剂为KCI-MgC12 一Lux 系列。(Lux 是一种由尿素、硝酸馁钙、硝酸钱镁及亲水型表面活性剂所组成的低熔点、高渗透性的“乐喜复合物”)。 本研究利用生物质热解废液为原料,经专利技术生产CMA，与氯化镁进行合理配比，并选用亚硝酸作为融雪剂的缓蚀剂，使其融冰能力大大增加，在一定程度上降低了氯害，并在很大程度上降低了对钢筋混凝土的腐蚀率，此方法在国内属首例，各项指标均达到了GB/T 23851-2009的规定，极有效的降低了生产成本并提高了融雪效率，并且对环境产生的影响也表现出呈友好性，是一种高融冰效率、低腐蚀、污染小、对植物伤害小的的复合型融雪剂。
