植物基低温融雪剂实验研究_栾国颜.pdf
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1、2023,Vol.37,No.3工艺试验收稿日期:20220829作者简介:栾国颜(1964),男,博士,教授,研究方向:化工过程开发与优化,E-mail:doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 03 005植物基低温融雪剂实验研究栾国颜1,2 杨 靓1 沈佳兴1(1.吉林化工学院 石油化工学院,吉林 吉林 132022;2.吉林省化工过程优化与节能科技创新中心,吉林 吉林 132022)摘 要 开发了一种植物基低冰点液态融雪剂的制备方法,并且对其进行了冰点测试、融冰能力、腐蚀性实验研究。结果表明:所制融雪剂冰点可达-28,远低于常用的添加丙三醇的植物基融
2、雪剂;其融雪能力达氯化钙融雪剂的90%以上;对铁钉、青草、混凝土的腐蚀性对比实验表明融雪剂的腐蚀性均低于氯化钠和氯化钙。冰点、环境危害和融雪化冰能力均符合北京市地方标准融雪剂 DB11/T1612012中对低温融雪剂的要求。关键词 植物基融雪剂 废液 秸秆灰 低冰点中图分类号:TQ914.3 文献标志码:AExperimental Study on Plant-Based Snow-melting AgentLuan Guoyan1,2 Yang Liang1 Shen Jiaxing1(1.School of Petrochemical Engineering,Jilin Institute
3、 Chemical Technology,Jilin Jilin 132022;2.Jilin ProvincialInnovation Strategy Research Center of Science and Technology for Chemical ProcessOptimization and Energy-Saving,Jilin Jilin 132022)Abstract The preparation method of a kind of plant-based low freezing point liquid snow-melting agent wasstudi
4、ed.The experiments for freezing point test,ice-melting ability and corrosion test of the snow-melting agent werecarried out.The results showed that the freezing point of the liquid deicing agent was-28,which was much lowerthan the usual plant-based snow-melting agent added with glycerol.And its snow
5、-melting ability was above 90%ofcalcium chloride.The comparative tests on the corrosivity of nails,grass and concrete showed that the corrosivity ofthe liquid deicing agent was lower than that of sodium chloride and calcium chlorid.The freezing point,environmentalhazards and the ability of ice-melti
6、ng meet the requirements of Beijing standard for snow-melting agent.Keywords plant-based snow melting agent waste liquid straw ash low freezing point 我国北方地区的冬季气温低并且持续时间长,极端冰雪天气使路面积雪结冰。据统计,冬季冰雪天气会使交通事故的发生概率提高 84%,事故中人员的伤亡率也会增加 75%1。因此,道路除冰一直是公路运营管理的重中之重,而在众多除冰的方法中,在道路上散布融雪剂最为常见。传统的融雪剂从盐矿中提取制成,含有大量氯(比
7、如氯化钠),是造成树木、花草死亡的主要原因。目前市面上流通较大的氯盐类融雪剂对环境影响颇大,但因其价格低廉而得到广泛应用。在环保意识逐渐增强和绿色发展的时代潮流下,植物基环保型融雪剂应需而生。但总体来看,这类融雪剂要么造价高,难以推广使用;要么低温性能不好,达不到低温环境应用要求;要么腐蚀污染严重,难以大量使用。因此有必要开发以天然植物为基材,兼具环保且可在低温环境下应用的融雪剂2。81第 37 卷第 3 期Vol 37,No 3化工时刊Chemical Industry Times2023 年 6 月Jun.2023 栾国颜 等.植物基低温融雪剂实验研究2023,Vol.37,No.31 实
8、验部分1.1 材料和仪器本实验基本原料为玉米秸秆灰和醋酸废液,由于企业提供的废醋酸是从乙醛氧化法生产工艺的废渣中回收获得,不同批次醋酸含量变化较大,为了便于后续实验确定加入的有效酸量,实验中以浓度99.5%的冰乙酸和水按比例稀释代替废醋酸溶液;丙三醇,分析纯,天津市大茂化学试剂厂;无水氯化钙,分析纯,天津市永大化学试剂有限公司;氯化钠,分析纯,天津市永大化学试剂有限公司;AA 试剂,分析纯,辽宁泉瑞试剂有限公司。多功能粉碎机,RT-08,荣聪精密科技有限公司;低温恒温槽,DC-4006,宁波新芝生物科技股份有限公司;旋转蒸发器,RE-2000,上海亚荣生化仪器厂;数显智能控温磁力搅拌器,ZNC
9、L-T,巩义市予华仪器有限责任公司;循环水式多用真空泵,SHB-,郑州长城科工贸有限公司;鼓风干燥箱,DHG-9075A,上海一恒科学仪器有限公司;电子天平,FA1104A,上海精天电子仪器有限公司。1.2 实验研究1.2.1 融雪剂的制备研究Danilov2详细探讨了以秸秆灰为原料制备环保型融雪剂的过程,但获得的融雪剂冰点达不到-20的要求,在此研究的基础上,本研究聚焦如何进一步降低植物基融雪剂的冰点,和提高其使用能力。实验取23 g玉米秸秆灰、4.2 mL 冰醋酸、33.6 mL 去离子水加入三口烧瓶中,开启数显智能控温磁力搅拌器的搅拌开关和加热开关,设定加热温度为90,反应时间为 90
10、min3,将产物进行抽滤,而后用旋转蒸发器对滤液进行浓缩。1.2.2 降低冰点实验研究将丙三醇加入所制融雪剂中,改变其加入的比例,配置混合溶液,控制总溶液浓度为 29%4。将其放入-10 的低温槽中,逐步降温,用手机计时器计时,每隔 5 min 记录一个温度,随后分别将不同浓度对应的这几组数据绘制成曲线图,找出其冰点。而后将 AA 试剂加入所制融雪剂中,实验方法参照丙三醇。对比两者的冰点,找出降低冰点最明显的物质。1.2.3 融冰实验研究通过 1 2 2 的实验,找到最佳的物质,加入融雪剂中,选取其中冰点最低的配比融雪剂,配制总溶液浓度为29%的溶液,总量为25 mL。按照北京市地方标准融雪剂
11、 DB11/T1612012中对融雪剂融冰能力的相应要求进行对比实验4。1.2.4 腐蚀性实验研究按冰点最低的比例配比混合融雪剂,溶液总浓度为 29%;配制氯化钠溶液,总溶液浓度为 24.75%;配制氯化钙溶液,溶液总浓度为 29%。用这 3 种溶液分别对小草、铁钉、混凝土块进行腐蚀性实验研究。2 结果与讨论2.1 植物基融雪剂制备取 23 g 玉米秸秆灰和 4.2 mL 冰醋酸,按照水酸比 8 1、反应时间为 90 min、反应温度为 90 的反应条件进行反应之后得到相应植物基融雪剂(PSMA)。所制备融雪剂为白色固体粉末,气味微咸,pH 值为 6.5。本实验中 23 g 玉米秸秆灰可以生产
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