崔禹晴，呂 丹，王 威

(沈陽工業(yè)大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110870)

在我國的北方(東三省及華北地區(qū))寒冬季節(jié)時，總會出現(xiàn)因下雪而引發(fā)路面積雪的問題，隨著積雪不斷增加，這會使人們的日常生活不方便，并且極易引發(fā)交通事故，所以解決道路積雪問題迫在眉睫。為解決公路積雪問題，融雪方法大致分為三類：人工除雪，機械除雪和融雪劑。人工除雪需要以大量的人力為基礎，對于城市面積大和公路寬闊的道路來說，人力除雪效率很低且對于多次被車輛碾壓過的積雪，只通過人力除雪明顯是不適用的。機械除雪主要通過利用機械器具對冰雪作用以此達到除雪作用，但國內(nèi)的機械除雪器具沒有得到廣泛使用。融雪劑除雪是一把雙刃劍，它使用相對簡單，除雪效果較好，效率高，但其化學成分對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害作用，尤其是會對水泥混凝土材質(zhì)的構件產(chǎn)生嚴重腐蝕，對道路和生態(tài)環(huán)境破壞性較強，因此解決融雪劑污染腐蝕問題至關重要。

1 融雪劑的開發(fā)與進展

1.1 傳統(tǒng)型融雪劑的開發(fā)與進展

我國最早使用單一食用鹽消融冰雪，后來結(jié)合尿素生產(chǎn)氯化鈉型融雪劑。其原理降低冰雪的結(jié)冰點并使其加速融化。這些融雪劑價格低廉，易得；雖然能快速解決積雪問題，但是會帶來許多負面效應及融化條件限制。

(1)化學侵蝕

氯化鈉融雪后形成的氯離子伴隨融化的雪水進入混凝土中，融雪劑中的氯鹽會和混凝土中的Ca(OH)2產(chǎn)生化學反應并生成CaCl2，CaCl2可溶于水，當CaCl2溶解于水中時會使混凝土強度降低，從而造成橋梁、路面高度降低，使用壽命縮短。此外CaCl2還會與水泥漿中的C3A發(fā)生化學反應產(chǎn)生重鹽，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹作用，導致混凝土破壞。并且生成的重鹽具有腐蝕性，會對路面起負面作用，如可導致水泥路面起皮、造成公路兩邊土壤鹽度加大等。

(2)負影響

融雪劑在融雪后的雪水會流進到地下河道，地下水最終匯入河流，人和動物飲用被污染的水會使身體各項機能衰退；被污染的水如果被灌溉在土地，果樹或者農(nóng)作物都會被污染，當這些被污染的植物和水被人或動物食用后，會導致機體各項機能衰退。此外，融雪劑還會對呼吸道產(chǎn)生不良作用。據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，自從東北下雪以來尤其是在大量施用融雪劑除雪后，由于融雪劑會產(chǎn)生飛塵污染，導致上呼吸道感染的患者明顯增加。

(3)破壞臭氧層

早期的融雪劑主要成分是日常生活中常見的食用鹽即氯化鈉，所以人們常常用噴灑鹽水的方式來融化冰雪，但是水滴中含有的物質(zhì)如溴和氯，它們與雪混合后，等到氣溫升高積雪融化后，這兩種物質(zhì)以氣體形式被釋放出來，隨著它們的上升破壞了最接近地球表面的一層大氣俗稱對流層，同時也造成了對臭氧層的損耗。

(4)使用環(huán)境限制

氯化鈉的使用冰點>-22 ℃，尿素其環(huán)境使用要求>-10 ℃。但是在我國北方地區(qū)的12月份，最低溫度可達-50 ℃，使用溫度的限制往往會導致除雪效果差。

(5)破壞生態(tài)環(huán)境

雖然尿素的腐蝕性相比其他物質(zhì)小，但隨著排入生態(tài)環(huán)境后，其中大量的氮、磷兩種元素會導致出現(xiàn)水質(zhì)富營養(yǎng)化的現(xiàn)象，如果尿素大量流入池塘會引起藻類等水生植物大量繁殖從而導致水中含氧量下降。

1.2 改進型型融雪劑的開發(fā)與進展

改進型的融雪劑材料主要為：氯化鈣、氯化鎂或它們與氯化鈉的復合物。氯化鈣的潮解性比氯化鈉大，冰點低為 -54 ℃，且速效性比氯化鎂好；氯化鎂潮解性大，使用冰點為-32 ℃，速效性比氯化鈉好，但低溫易出現(xiàn)再結(jié)冰；氯化鈉、氯化鎂復合型融雪劑潮解性小，融雪持久性強，對環(huán)境腐蝕較小，但價格略高。為了降低其腐蝕污染等危害作用，在融雪劑中加入緩蝕劑是解決腐蝕危害問題的一項有效措施。我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的典型緩蝕劑主要有磷酸鹽、焦磷酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鈉等。郭金禹等[1]為了減少氯化鈣融雪劑對碳鋼和混凝土的腐蝕危害，研究出了高效的復配緩蝕劑組方。實驗原料為CaCl2含量91.33%與NaCl含量1.98%的純堿廢液，其次將20%的氯化鈣溶液作為腐蝕介質(zhì)，采用室溫靜態(tài)失重間浸懸掛法，研究單組份緩蝕劑的緩蝕效果，篩選出高效的緩蝕劑，并進行最優(yōu)化選擇。實驗表明最佳的復配組方為磷酸二氫鋅、鎢酸鈉、硫脲和十二烷基苯磺酸鈉的濃度成分是70 mg/L， 150 mg/L，120 mg/L和150 mg/L，可起到明顯的緩蝕作用。添加緩蝕劑的融雪劑融冰融雪能力不僅與氯化鈣相當，而且其對碳鋼的腐蝕效果可減少90%以上，甚至不會腐蝕混凝土材料的公路，是融雪化冰能力較高、腐蝕效果較低的緩蝕型融雪劑。

除此之外甘油也是一種很好的緩蝕劑。甘油，化學名為丙三醇，其分子中的非極性基因遠離金屬表面作定向排布，形成一層疏水性好的薄膜，可產(chǎn)生覆蓋效應，從而達到降低腐蝕的目的。甘油也可以任何比例與水相混合，其在水中的濃度不同，添加不同比例甘油的水溶液的冰點也不同。例如當甘油含量為66.7%時，水溶液的冰點最低，為-46.5 ℃。由于甘油的這一特性，所以具有在氯鹽型融雪劑中降低冰點的本領，提高融雪劑的融雪化冰能力。不同甘油添加量下對碳鋼產(chǎn)生腐蝕作用也不相同，通過實驗，可以確定防腐蝕效果最佳甘油添加量為1.0%，融冰融雪能力隨著融雪劑中甘油添加量的增加而增大。甘油在氯鹽型融雪劑中緩蝕效果較好，具有無毒無害、價格低廉、制取工藝簡單等優(yōu)點，同時又具有能降低溶液冰點，提高融雪化冰能力的特點。鑒于甘油具有上述在融雪劑中的優(yōu)越性能，可以作為氯鹽型融雪劑中的又一新型高效緩蝕添加劑。加入緩蝕劑后可以有效的保護鋼鐵，道路。對融雪劑的發(fā)展有著十分重要的意義。

1.3 非氯復合型融雪劑的開發(fā)與進展

1.3.1 復合型CMA類融雪劑的開發(fā)

許英梅等[2]為了減少氯元素對植物及建筑的危害，由生物質(zhì)氣化、干餾產(chǎn)生的廢液即木醋液為主要原料制備了價廉CMA類融雪劑，實驗通過白云石粉與生物廢液反應、脫色、過濾等過程，尋找出了其中主要發(fā)揮作用的成分是含量較大的乙酸，并找到了較理想的脫色方法，這種變廢為寶的新型研究也是對現(xiàn)有資源的有效利用。

趙音延等[3]為了對生物質(zhì)資源的有效利用采用醋酸廢水及其稀溶液，利用三種不同的溶劑作為萃取劑，將醋酸富集于萃取劑相，再用鈣鎂氧化物作為反萃取劑，反萃取生成了CMA，對此進行了負荷醋酸有機相反萃取性能的研究。系統(tǒng)地表明了采用醋酸稀溶液通過化學反萃取生成CMA技術可行性，并得出生產(chǎn)中應保持反萃液中最佳的鈣鎂比例應注意起始的鈣鎂含量。除此之外，使用氧化鎂催化臭氧化降解脫色木醋液轉(zhuǎn)化液幫助木醋液脫色[4]，可幫助生產(chǎn)環(huán)保融雪劑。

趙國明等[5]利用糠醛廢水，加入白云石等材料先對其進行中和，其次進入雙效蒸發(fā)系統(tǒng)得到濃縮液，最后進行提純凈化工藝：將制得的濃縮液移入反應釜中，同時加入活性炭，并對其進行加熱、攪拌，吸附出來的液體經(jīng)離心機過濾，再經(jīng)液體噴霧干燥后得成品CMA。數(shù)據(jù)表明：當活性炭的使用量占液體質(zhì)量的10%，吸附時間為30 min，吸附次數(shù)為6次。這樣得到的CMA的產(chǎn)量最高，純度可92%以上。此方法不僅解決了糠醛生產(chǎn)廢水無法處理的環(huán)保問題，同時又為CMA類融雪劑提供了一個新的價格低廉的生產(chǎn)途徑。

1.3.2 其他環(huán)保型融雪劑的開發(fā)

林永波等[6]采用氯化鈣為主要原料，添加對金屬防腐蝕較好的安息香酸鈉、一種對植物生長有益的植物生長調(diào)節(jié)劑——甲酸鈣，并用酚酞做指示劑制備固體顯色型環(huán)保融雪劑并對其顯色性能、融冰融雪性能、對金屬腐蝕性、對植物危害性等綜合性能進行試驗，試驗結(jié)果表明：顯色環(huán)保型融雪劑使用量在 20 g以下時，融冰融雪能力隨著融冰時間的增加而增加，在反應80 min后，其隨著時間的增加而降低。研究制備顯色融雪劑可減少路面腐蝕、植物損害，同時可通過融雪劑顏色變化控制顯色融雪劑的用量，節(jié)約成本。

王東等[7]為了解決傳統(tǒng)除雪技術的滯后性和低效性等問題，研發(fā)了一種環(huán)保型融雪劑(ZRX).實驗表明：融雪瀝青混合料的穩(wěn)定度較低，受壓達到破壞點的垂直變形量偏大即流值偏大，但依然能夠滿足標準要求; ZRX在混合料中前48 h的鹽分析出速率最快，且在加速試驗中能持續(xù)析出;在持續(xù)大雪條件下ZRX試件的融雪化冰能力有待提升，但在中雪條件下融冰融雪效果明顯，所以建議添加融雪瀝青混合料的環(huán)保型融雪劑(ZRX)使用環(huán)境最佳為小雪到中雪。

欒國顏等[8]以工業(yè)醋酸廢液和玉米秸稈燃燒后的秸稈灰為原料制備了主要成分為醋酸鉀的環(huán)保型融雪劑。此醋酸鉀類融雪劑不僅比CMA類融雪劑價格低廉，并且在融雪速率、pH值、對碳鋼和混凝土的腐蝕效果優(yōu)于CMA類融雪劑。此實驗不僅有效利用了工業(yè)生產(chǎn)中的廢水，而且還利用了日常生活中的廢渣，達到了資源的有效利用的同時，還為低成本、工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)保型融雪劑提供了有力的理論數(shù)據(jù)。

2 未來融雪劑發(fā)展方向

2.1 研究有機融雪劑

傳統(tǒng)型和改進融雪劑主要以氯化物為主原料，但其腐蝕性強，且對環(huán)境污染嚴重，所以應拓寬非氯化合物融雪劑的研究市場。20 世紀90年代末，我國開始逐漸重視對非氯型融雪劑產(chǎn)品的研究，主要是針對有機酸鹽類融雪劑如醋酸鈉復合融雪劑的制備等。隨著科學的進步和社會的發(fā)展，對融雪劑新的規(guī)范要求應是對公共設施基本無腐蝕，對生態(tài)環(huán)境基本無污染，對人體基本無損害，并且能廣泛應用的。因此，從源頭上，研發(fā)出低成本且高效環(huán)保的融雪劑就成為目前生活中迫在眉睫的重大課題。在資源上，可以利用工業(yè)廢水廢液廢物結(jié)合過濾技術生產(chǎn)出有機融雪劑。隨著科技的發(fā)達，人們已經(jīng)運用糠醛廢水、木醋酸廢液、垃圾廢物生產(chǎn)出無氯環(huán)保融雪劑。

2.2 政府嚴格把控

政府應制定融雪劑的生產(chǎn)標準，嚴格把控每一融雪劑對環(huán)境的污染和對生態(tài)的損耗。2002年北京市質(zhì)量技術監(jiān)督局公布了對融雪劑要求的生產(chǎn)標準，首先要求融雪劑等融雪產(chǎn)品不能低于傳統(tǒng)鹽水的融雪速度，其次特別強調(diào)了環(huán)保性能方面的標準：第一要求氣味不能令人不舒服、第二要求對公共設施的腐蝕率必須低于傳統(tǒng)氯化鈉型融雪劑腐蝕率的50%、 第三要求酸堿度適中等。另外對于融雪劑中5種具有腐蝕性的重金屬含量百分比也做了嚴格標準，對融雪劑的生產(chǎn)，加工和品質(zhì)測控起到了管束作用，更好地保證了融雪劑的品質(zhì)、生態(tài)資源的和諧以及人們?nèi)粘Ｉ畹慕】怠?/p>

在應用范圍上，政府應加大宣傳力度，鼓勵市場生產(chǎn)環(huán)保型融雪劑和融雪劑的大范圍應用。在適當條件下，政府可以發(fā)放關于應用環(huán)保型融雪劑的經(jīng)濟補貼，彌補環(huán)保型融雪劑的價格劣勢，最終實現(xiàn)環(huán)保有機融雪劑替代無機融雪劑的使用。

3 結(jié) 語

融雪劑的開發(fā)經(jīng)歷了從單一的傳統(tǒng)型氯化鈣，到加入緩蝕劑、氯化鈣和氯化鎂的改進型融雪劑，再到目前的環(huán)保型CMA類融雪劑和非氯復合型融雪劑；減少使用了傳統(tǒng)的氯化物無機原料，開發(fā)了新型有機融雪劑；目的是生產(chǎn)真正環(huán)保、無污染、無腐蝕、無毒無害、價格低廉能得到廣泛應用的融雪劑。在不久的將來，我國會迎來研發(fā)有機融雪劑的市場多元化，實現(xiàn)真正環(huán)保、價廉易得的融雪劑廣泛普及。