不同氯化类融雪剂的优缺点

摘要在我国北方以及地处高纬度地区的国家，每年冬季的下雪造成了道路堵塞，交通不便，给人们的生活带来了严重影响。降雪后对于道路的除雪是非常有必要的。到目前为止，常用的道路除雪方法主要有人工除雪、机械除雪和撒融雪剂等等。但人工除雪以及机械除雪需要消耗大量的人力物力，已经不能够满足道路除雪的需要。融雪剂又称除冰盐、道路防冻剂,它的作用是融冰化雪。利用融雪剂进行除雪有着方便快捷，节省人力物力的优点，这种方法已经在国内外得到广泛的应用。目前融雪剂主要以氯盐为主，尤其是氯化钠融雪剂，在长时间的使用中其已对环境造成了巨大的影响。首先是氯离子和钠离子伴随雪水流入道路周围土地造成绿色植被的死亡；其次破坏土壤结构，造成土壤板结；再者融雪剂进入水系后也会污染水资源；最后是严重腐蚀道路桥梁的表面及其内部钢筋。如今，虽然非氯盐型融雪剂在快速发展，但其价格成本昂贵抑制其发展。目前，寻找新的高效环保经济的融雪剂配方，成为近年来的研究热点。综合氯盐型融雪剂高效、价格低廉以及非氯盐型融雪剂绿色环保的特点，本论文以以无机盐和有机盐为主要成分，研究制备一种复合型的环保型融雪剂。并研究了环保型融雪剂的融冰能力，以及不同组分配比对融冰能力的影响。关键词：融雪剂；环保；融冰能力AbstractInthenorthofChinaandcountrieslocatedinhighlatitudes,snowfallinwintereveryyearcausesroadcongestion,trafficinconvenienceandseriousimpactonpeople'slives.Itisnecessarytoremovesnowfromroadsaftersnowfall.Sofar,thecommonlyusedmethodsofroadsnowremovalaremainlymanualsnowremoval,mechanicalsnowremovalandsprayingsnowmeltingagent,etc.Butmanualsnowremovalandmechanicalsnowremovalneedalotofmanpowerandmaterialresources,andcannotmeettheneedsofroadsnowremoval.Snowmeltingagentisalsoknownasdeicingsaltandroadantifreezeagent.Itsfunctionistomeltandmeltsnow.Snowmeltingagenthastheadvantagesofconvenience,rapidityandsavingmanpowerandmaterialresources.Thismethodhasbeenwidelyusedathomeandabroad.Atpresent,themainsnow-meltingagentischloridesalt,especiallysodiumchloridesnow-meltingagent,whichhashadagreatimpactontheenvironmentforalongtime.Thefirstisthedeathofgreenvegetationcausedbytheinfluxofchlorideandsodiumionsintothelandaroundtheroad;thesecondisthedestructionofsoilstructure,resultinginsoilhardening;thesecondisthepollutionofwaterresourceswhenthesnowmeltingagententersthewatersystem;andthelastistheseriouscorrosionofthesurfaceofroadsandbridgesandtheirinternalreinforcementbars.Nowadays,althoughnon-chlorinatedsnowmeltingagentisdevelopingrapidly,itspriceandcostaretoohightorestrainitsdevelopment.Atpresent,ithasbecomearesearchhotspotinrecentyearstofindanewformulationofsnowmeltingagentwithhighefficiency,environmentalprotectionandeconomy.Basedonthecharacteristicsofhighefficiency,lowpriceandgreenenvironmentalprotectionofchloride-basedsnowmeltingagent,akindofcompositeenvironmental-friendlysnowmeltingagentwaspreparedbyusinginorganicsaltandorganicsaltasthemaincomponentsinthispaper.Theice-meltingabilityofenvironmental-friendlysnow-meltingagentandtheinfluenceofdifferentcompositionratioontheice-meltingabilitywerealsostudied.Keywords:snowmeltingagent;environmentalprotection;icemeltingcapacity

绪论第一章1.1融雪剂概述融雪剂又称除冰盐、道路防冻剂,它的作用是融冰化雪，人们一般通常在冬季使用，将其用于机场、铁路、公路等场合，起到融冰化雪及防冻作用，为人民的正常生活提供便利。融雪剂融雪化冰主要是有两个作用方式，第一个是冰点降低，根据乌拉尔定律，溶质的存在可以降低溶剂的蒸汽压。当溶剂A中溶有少量溶质B形成稀溶液，则从溶液中析出固态纯溶剂A的温度，即此时溶液的凝固点就会低于纯溶剂在同样外压下的凝固点。将融雪剂溶于冰雪形成溶液时，冰雪的凝固点就会低于此时外界温度，进而冰雪融化；第二个是融雪剂溶于冰雪后会释放大量的热量，温度升高，然后将冰雪融化，例如无水氯化钙溶于冰雪会释放大量的热，其热量使得温度升高，冰雪融化。而且溶解热越大的融雪剂，它的溶解效率越好。1.2研究背景在我国北方以及地处高纬度地区的国家，每年冬季的下雪造成了道路堵塞，交通不便，给人们的生活带来了严重影响。冬季的道路除雪已经是非常有必要的事情。人工除雪和机械除雪在一定程度上能够清除道路的冰雪障碍。但总的来说已经跟不上日趋复杂的道路系统的需要。融雪剂作为一种优秀的化学除雪试剂，由于其融雪效果好，使用方法简单的优点，融雪剂的使用受到人们的追捧，越来越多地被过度使用。但是,现存融雪剂主要是以氯盐为主,大量的使用已经对我们生活的环境造成巨大的负面影响，例如植被消失，金属混凝土的腐蚀，掺进了融雪剂的雪水进入水系后，会污染水资源，破坏原有的生态系统；深入地底后还可能对地下水造成恶劣影响。而以醋酸钙镁盐为主要成分的传统环保型融雪剂，其融雪效果受环境温度影响很大，低温融雪效率低，且价格极为昂贵，无法大面积推广使用。所以目前对于高效环保经济的新型融雪剂成为研究热点。1.2研究课题的目的和意义目前来说，虽然融雪剂种类较多,但想要找到很好地符合我们要求的融雪剂还是有所困难。对于传统氯盐融雪剂，现存的主要以氯化钠为主体，虽然其价格低廉，且储存量巨大，但是它对环境会造成不良影响。从融雪剂的诞生到现在，氯盐融雪剂已经被大量地使用，对环境也造成了很大的影响，所以今后会被逐渐的取代。非氯盐型融雪剂主要以醋酸钙镁盐为主。它是有机融雪剂，虽然具有环保的特点,但由于原材料成本高，而且其融化冰雪的能力也不如氯盐，使用受到了制约。鉴于我国现状，想要走可持续发展的生态文明道路，那么对现存融雪剂的改良势在必行，即我们需要研制出经济环保的融雪剂，不仅环保性能好，而且原料成本低,以满足国内外市场对融雪剂日益增长的需求。伴随我国经济的快速发展，我国的公路系统也在不断地发展完善，现如今我国的公路铁路里程已居世界前列。我国北方的公路在冬季常常受到积雪的困扰，积雪问题已经对我国的公路运行造成巨大的困扰。传统的人工机械除雪已不能满足需要，因而融雪剂的需求量巨大。此外，世界上许多高纬度高海拔地区的国家在冬季也存在相同的问题。在这方面，国际市场也有巨大的潜力。但对于我国现存状况而言，我国在融雪剂的研制方面存在着不少的问题，例如生产规模小，品种少，融雪效果也不尽人意，远远满足不了市场的需求。所以就目前而言，积极开发高效环保型融雪剂一方面可以代替传统的融雪剂，减少环境污染问题，有效地利用我国资源，发展生态经济；另一方面可以在国际市场上占得有利的地位，打通海外市场，成为新的经济增长点。第二章文献综述本章简述了积雪问题以及除雪的必要性，介绍几种主要的除雪的措施,对融雪剂的种类做简单介绍，从融雪剂的起源到现在的发展状况以及各类融雪剂的特性、优缺点及应用作详细介绍，着重阐述了无氯融雪剂的研究及对氯化物融雪剂的改进。此外，对融雪剂融雪化冰的理论，氯盐型融雪剂过度使用造成的环境问题及缘由也做一一介绍。最后是目前融雪剂的发展方向。2.1城市道路除雪的必要性积雪问题不仅存在我国寒冷的北方，同样是许多高纬度国家和地区所面临的，在冰雪天气中，如果积雪厚度达到一定程度，不能及时清除的时候，就会造成交通困难，影响出行，更甚者可能造成局部交通瘫痪和大面积事故。比如渭南城区出现的积雪问题，由于降雪量大，清除不及时，导致当地的交通堵塞，市民出行受到影响。在英国，大雪使得航空、铁路、公路发生不同程度的停运。伦敦希思罗机场曾一度关闭，造成大量旅客滞留。连接伦敦和欧洲大陆的“欧洲之星”高速列车取消了一些车次，并被迫限速。英国国内几条铁路也因电力线路故障或受积雪影响而造成列车延误，公路网更是因为结冰而运行不畅。2005年，日本遭大雪袭击。强降雪给日本的交通带来巨大不便，造成严重的交通瘫痪，甚至出现了有轨电车脱轨事故。可见，积雪问题不仅仅给我们的出行造成了很大的影响，对于我们个人安全以及社会经济发展而言，都会造成巨大损失。2.2几种主要的除雪措施1）直接清除法包括人工清除和机械清除，利用机械或人工除雪工具直接作用于冰雪表面进行清除,来消除冰雪对路面的影响。人工清除是除雪人员利用工具铲等除雪工具进行清雪工作，其工作机动性强，但是对交通影响大，而且效率低，因而适宜积雪规模小的路面。机械除冰可分为机械式铲雪和气压流吹雪，前者主要用于降雪量大的地区，工作的效率高，但机械的控制难，易损伤路面；后者是在公路上方形成气流，带动落雪和路表积雪远离路面，这种方法主要适用于未经碾压、积雪较薄的路面。2）电热除雪这种方法是将发热电缆按照一定的要求将其铺设于道路结构层内部。当电流接通后，发热电缆自身电阻能够将电能转变为热能，并为冰雪所吸收，冰雪逐渐升温直至融化。这种方法的优点是操作简单，能实现自动控制发热时间，铺设发热电缆路面的路表温度能被定量控制,从而保证冰雪受热均匀,使得融雪在最适宜的温度范围内进行；但是这种方法的成本及使用费用高，从现实出发，我们不可能将每条可能会受到积雪问题的公路都铺设上发热电缆，因此这种方法的使用有特定性。另外，如果电缆某处发生断路，那么整个发热除雪都会失效。3）洒水除雪这种方法需要在道路或场地地下铺设管道,温度较高的水在管道中循环，通过热传递，将热量传递给冰雪，使其温度升高而融化。或者可以让温水直接喷洒在冰雪上，达到相同的目的。与电热除雪类似，这种方法也需要进行工程设计。4）洒布融雪剂除雪这种方法将融雪剂或其溶液洒在冰雪上,使冰雪的凝固点降低，进而能在低温下融化。与上面提到的方法相比，这种方法具有更优秀的融雪效果，而且它的操作相对来说更为简单，成本上也较低。因而，这种方法被广泛的使用，但由于现在所使用的融雪剂基本上是以氯盐为主,其过度使用会对环境造成很大的影响，与现在的环保发展理念相悖，而一些传统环保型的融雪剂虽然具有环保这一优势，但其价格相对昂贵，而且其融冰效果也不如氯盐融雪剂，因而使用受到了约束，在此方面，仍需要改进。2.3融雪剂的种类目前所用的融雪剂大致分为三类:第一类是氯盐型融雪剂,例如氯化钠融雪剂、氯化钙融雪剂等。氯盐类融雪剂价格低廉，储存量巨大，是目前使用最为广泛的融雪剂。不同的氯盐类融雪剂在对环境的影响不同，以下是氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾融雪剂的优缺点（表1）表1不同氯化类融雪剂的优缺点对比项目氯化钠氯化钙氯化镁氯化钾对金属的腐蚀性100%80%-100%80%-100%60%-80%对水泥的腐蚀性轻微破坏100%强烈破坏200%强烈破坏150%轻微破坏100%对土壤影响土壤轻度板结土壤板结土壤板结改良碱性土壤对地下水的影响钠质增高，对人的影响较小钙质增高，对人的影响较大镁质增高，对人的影响较大钾质增高，对人无害最低冰点-21℃-50℃-33℃-60℃融雪速度100%150%150%200%适宜工作温度-1℃～-15℃-1℃～-30℃-1℃～-20℃-1℃～-40℃保持时间1天1-2天2-3天4-7天价格40010008001600综合能力★★★★★★★☆★★★★★由上表可知，在金属的腐蚀方面，氯化钾腐蚀最低；对混凝土的腐蚀方面，氯化钠和氯化钾腐蚀最低；在土壤板结方面，氯化钾表现最优，氯化钠次之；对地下水质量的影响上，氯化钾表现最优，氯化钠次之；在融雪化冰的能力方面比如冰点的降低，融冰速率等，以氯化钾表现最好；在价格方面，氯化钠远优于其他三种氯盐。因而在氯盐家族中，氯化钠的综合能力最高。因此氯化钠成为全世界使用最广泛的融雪剂。第二类是非氯盐型融雪剂,也就是传统环保型融雪剂，例如钙镁乙酸盐(CMA)、乙酸钾等。此类融雪剂具有优秀的环保性能，但是它的融冰效果受环境温度影响大，低温环境下其作用效果低，而且它的价格相比之下较为昂贵，因而无法大面积的推广使用，仅限于一些对环保要求较高的场合，例如机场和钢铁桥梁。第三类是混合型:(1)氯盐+非氯盐。(2)氯盐+非氯盐+阻锈剂。这类融雪剂主要是以氯盐为主要成分，通过加入环保型材料或者加入缓蚀剂使得它在具有氯盐的融冰效果的基础上，还降低了对环境的影响，具有价格和环保两方面的优势。2.4融雪剂的起源融雪剂的诞生追溯于上世纪四五十年代。当时美国等发达国家在经济上取得巨大进展，随之而来的是其高速公路的发展也取得很大的进步。相对于铁路来说，公路更具发展潜力，并逐渐地取代了铁路在经济发展的地位。但由于发达国家大多地区处于中高纬度地带，不可避免的积雪问题给高速公路交通的发展带来了巨大的挑战，而传统的机械除雪方法显然已经不能够满足经济发展的需要。为了保障高速公路运输，保持经济稳定发展，融雪剂在经过科学家的努力工作下诞生了。这种融雪剂最早是氯化钠盐，其作用就是降低冰雪的凝固点，因而也被称为化冰盐。这种化冰盐使用成本低,不用耗费大量的人力物力,也不必运输和处理积雪,而且融雪的速度快，使得交通能够在短时间内恢复。这种方法适应当时的经济社会的发展，因而被广泛使用。由此融雪剂便应运而生。2.5融雪剂的研究现状与进展2.5.1氯盐型融雪剂的开发与进展氯盐型融雪剂,包括氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等氯盐。最早的氯盐融雪剂在上世纪四五十年代开始使用，最早使用的是氯化钠。我国在上世纪70年代同样是先使用氯化钠融雪剂,进入新世纪后也逐渐采用以氯化钙、氯化镁为主体的融雪剂。氯化钠的使用概况目前来说氯化钠融雪剂使用最广泛。氯盐家族中，氯化钠的价格低廉、储量充足，从综合性能来说，氯化钠是氯盐融雪剂优先发展的不二选择。但在实际使用时，其问题就出来了。首先是其固体吸热溶解导致其融雪效率降低；其次其适宜的工作温度相比其他氯盐不够低。再者，氯化钠溶解于冰雪后，其氯离子和钠离子伴随雪水渗入周围地表,会使得周围的土地环境盐渍化，导致周围树木枯死；而一旦雪水深入地下或者流入江河水系，会对这些淡水资源造成污染，当离子浓度积累到一定程度时就会影响该水域的生态系统，使得区域内的淡水生物消失。另外，氯化钠盐溶液对金属、混凝土也存在腐蚀的情况。氯化钙的使用概况氯化钙作为融雪剂使用，尤其是无水氯化钙，主要利用是其溶解时会放出大量的热，这些热量使得温度升高，进而冰雪融化。氯化钙融雪剂溶于冰雪后形成溶液，其凝固点极低,防冻效果好。氯化钙在融雪过程中所产生的污染与氯化钠类似,但程度上略轻,且无钠离子存于土壤的问题。2.5.2非氯盐型融雪剂的开发与进展经济社会发展早期，由于氯盐融雪剂具有价格低廉，作用效果显著的优点，人们追求经济效益而忽略其使用的后果，带来了严重的环境问题，造成了社会的巨大经济损失。因此，人们开始研究非氯盐型融雪剂，并希望这种融雪剂能够取代氯盐型融雪剂，能够在实际生活中普遍使用。这种融雪剂不仅要融雪效率好，能将冰雪在短时间内除去，而且还要拥有环保的特点，即对环境以及交通设施没有或者很少的破坏。以下是一些非氯盐型融雪剂的研究进展。首先是醋酸钙镁盐型融雪剂的研究。上世纪80年代美国DOT公司首先利用垃圾废物生产的醋酸盐融雪剂，这种融雪剂无氯无污染,对环境友好。我国对于醋酸钙镁盐型融雪剂的研究是在上世纪90年代末开始。张良佺利用冰醋酸和白云石生产醋酸钙镁盐，并通过系统研究获得了CMA生产的最佳工艺，得出反应温度在65℃及Ca/Mg摩尔比为3:7时所获得的产品融冰效果较好。许英梅等人以木醋废液、钙镁氧化物等为原料，制备出以醋酸钙镁盐为主要成分的CMA类环保型融雪剂，并研究得出：当液体融雪剂(20%)中醋酸镁和醋酸钙的体积比达到7∶3时，融冰能力达到最大值，达到了国家标准中的规定值90%。在此基础上，将CMA与氯化镁进行复配，来提高融冰效果。通过研究得出，当液体融雪剂(20%)中氯化镁∶醋酸镁∶醋酸钙=7∶2∶1(体积比)时，融雪剂的融冰效果最好。这是一种兼具低腐蚀性和高融冰能力的低成本的环保型融雪剂。赵国明则以糠醛废水、石灰石、氧化镁等为原材料，通过实验确定其最佳的生产工艺，制备出高纯度的醋酸钙镁盐融雪剂。这种方法充分利用了糠醛废水的醋酸成分，使得糠醛废水能够变废为宝，实现资源的有效利用，同时降低了CMA的生产成本，符合生态发展理念。由此可见，CMA具有高效融雪能力的同时，其本身不含钠离子和氯离子，对环境的破坏远低于氯化钠融雪剂，这是环保型融雪剂，是对氯盐型融雪剂的重大改进。跟氯化钠相比较,醋酸钙镁盐对环境的负面影响小，随雪水流入地表后可被生物降解，对土壤影响小、对公路混凝土以及对金属的腐蚀性小、流入水系后对水的污染也基本没有影响。但是，由于制备醋酸钙镁盐成本高，产品价格也比氯化钠高出许多倍。因此CMA的发展受到了制约。综上所述,CMA相比氯化钠更符合环保发展理念,但由于成本昂贵,其价格远比氯化钠要高。因此目前的使用并不广泛，仅限于一些对环保要求较高的场合,比如机场。2.5.3其它非氯盐型融雪剂美国的Terence.E.peel利用造纸废液生产一种复合融雪剂—LMWBL除冰剂。这种融雪剂在冰点下降、融雪速率、及腐蚀性三方面的综合性能要优于CMA。并且其具有较低的冰点。张天德利用酚、糖副产物生产一种环保型融雪剂。该类融雪剂适合用作抑制雪和冰在道路、桥梁和其它表面上积聚的抗结冰剂和除冰剂。除此以外，当其与腐蚀性盐混合时也可起到抑制腐蚀的作用。王保民等人以三种有机物为主要原料，成功研制出一种新型环保型除雪剂，这些原料中无氯盐、硫酸盐等腐蚀性成分，不仅融雪除冰效率高，而且对沥青和混凝土路面以及道路管网、动植物无腐蚀性。2.5.4混合型融雪剂的发展氯盐型融雪剂价格低、融雪性能好,但对环境负面影响问题突出,而非氯盐型融雪剂则大幅度降低了这个问题,但价格昂贵。通过对这两种融雪剂的研究，结合他们的优点，取长补短，则混合型融雪剂应运而生。混合型融雪剂包括氯盐加非氯盐型和氯盐、非氯盐再加阻锈剂型。氯盐加非氯盐型融雪剂韩春兰等人用氯化钙、尿素、重过磷酸钙、硫脉、葡萄糖酸钠等为原料成功研制出了一种新复合型融雪剂。它不但基本上克服了钠盐融雪的缺陷,而且可促进植物的生长,相对钠盐对碳钢的缓蚀率达到了80%以上,它具有吸水放热,冰点低,对环境影响小,融雪效率高等特点。氯盐加缓蚀剂阻锈剂或同时再加非氯盐型融雪剂童丽燕在氯盐融雪剂中加入甘油来研究其降低碳钢的腐蚀速率和提高融雪化冰能力。研究表明，当甘油添加量为0.8%，其效果最佳。王小光等人利用磷酸钠、葡萄糖酸钠、硫酸锌、钨酸钠、钼酸钠、硅酸钠及硫脲等7种成分与氯盐型融雪剂进行复配并研究其溶液对碳钢的腐蚀效果。通过研究，采用磷酸二氢锌、葡萄糖酸钠和硫脲组成的复配缓蚀剂能够抑制氯盐型融雪剂对碳钢的腐蚀。综上所述，融雪剂的开发经历了单一的氯盐型到现今的非氯盐型、复合防腐蚀型。其特点是从单一成分改进为多组分，由无机融雪剂到有机融雪剂再到混合融雪剂的发展。每一种融雪剂的出现都是为了促进社会经济的发展，改善人民生活环境，提高人民的生活水平。如今，尽管非氯盐型融雪剂在迅速发展中，但是短时间内不可能大量的使用。要想追求经济发展与环境保护齐头并进,必须开发研制出成本低且环保型的高效融雪剂以减少或者代替氯盐融雪剂的使用。目前对融雪剂的研究要以经济环保为发展目标，新型融雪剂要具有高效、无污染、无腐蚀、价廉易得的特点。虽然氯盐型融雪剂仍在大量使用，但伴随新科技，新技术的发展，氯盐型融雪剂会逐渐减少市场比例，而新型的融雪剂将会广泛应用。2.6融雪理论2.6.1融雪剂融于水放热融雪剂能够融冰除雪可以通过以下的原理来解释：其一，融雪剂撒到冰雪覆盖的路面时，融雪剂会吸收空气中及融化雪的水分形成融雪剂溶液，融雪剂如干氯化韩在溶于水时会放热，产生的热量可以使冰雪温度升高使其融化。2.6.2稀溶液的依数性定律由稀溶液的依数性定律可以解释融雪剂的融冰化雪机理，所谓的稀溶液依数性，是指只依赖溶液中溶质质点的数量，而与溶质分子本性无关的性质。依数性包括溶液中溶质的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值。根据乌拉尔定律，溶质的存在可以降低溶剂的蒸汽压。当溶剂A中溶有少量溶质B形成稀溶液，则从溶液中析出固态纯溶剂A的温度，即溶液的凝固点就会低于纯溶剂在同样外压下的凝固点。这是凝固点降低的现象。固体、液体的饱和蒸汽压不仅是温度的函数，还是外压的函数，不过外压改变对蒸汽压影响很小。力学原理推导出凝固点降低值和溶液组成的定量关系式如下:△Tf=KfmKf:摩尔凝固点降低常数,水为1.86K·kg·mol-1。m:质量摩尔浓度,近似等于摩尔浓度。△Tf:凝固点下降值，单位℃。2.7融雪剂对环境的影响2.7.1融雪剂对植物的危害氯化钠型融雪剂使用过度会造成造成植物的死亡，死亡的机理是渗透原理。植物细胞的原生质层相当于半透膜。只要原生质层两侧溶液有浓度差，都会发生渗透作用。原生质层内外的溶液存在着浓度差，水分子就可以从溶液浓度低的一侧通过原生质层扩散到溶液浓度高的一侧。当氯化钠融雪剂溶于冰雪渗入土壤后，使得植物根部周围水分中的盐浓度增加，形成浓度差，使得植物原有正常的渗透平衡被破坏，植物根部细胞内的水分就会向外渗透，造成植物缺水而死亡。当植物处于高浓度盐环境中，原生质层的通透性也会发生改变。外界溶液中钠离子会大量通过原生质层，改变原生质层的选择性。这使得植物对其他原本要吸收营养元素拒绝进入植物体内，因而导致植物营养不良，影响植物的生长。植物中积累过多的钠离子会导致植物中毒。氯离子被植物吸收输送到叶子或花瓣后发生积累，会影响叶绿素的生成进而影响植物的光合作用。在盐胁迫条件下，植物的生长会受到明显的抑制，其中氯盐类融雪剂对植物叶绿素影响较大，直接影响绿化带植物的光合作用能力，浓度越高植物的光合作用就越弱。2.7.2融雪剂对土壤的危害融雪剂使用过多对土壤造成的直接后果是土壤板结。氯盐型融雪剂伴随雪水进入土壤后，使得土壤的盐度变大，土壤表层因有机质占比下降，使得土壤结构变差，在灌水或降雨等外因作用下结构破坏,而干燥后受内聚力作用使土面变硬。含有氯化物的融雪剂进入土壤后，土壤的盐度变大，造成土壤板结。在这种情况下，土壤孔隙度减少，通透性变差，地温降低，致使土壤中好气性微生物的活动受到抑制，其供肥、保肥、保水能力弱，造成土壤的吸水、吸氧及营养物质的吸附能力降低。此外，土壤板结还延缓了有机质的分解，土壤理化性质逐渐恶化，地力逐渐衰退，土壤肥力随之下降。通透能力的下降使作物根系发育不良，影响农作物的生长发育。2.7.3融雪剂对水资源的危害氯盐融雪剂溶于冰雪并伴随雪水进入江河等水体后，势必会对水体造成污染。直接结果是改变了水体的盐度。在漫长的进化史过程中，每种水生生物已经适应生活在具有一定盐度的水环境中，对盐度的变化有一定的适应范围和耐受极限。与植物渗透压类似，各种水生生物都保持着一定的体内渗透压。对于广盐性生物而言，它们可以进行渗透压的调节，能生活在较大的盐度变化范围内，对盐度变化的适应能力很强。但对于狭盐性生物而言，比如盐度很低而没有明显变化的淡水中的水生生物，他们对盐度变化非常敏感，甚至不能忍受盐度的微小变化。当氯盐融雪剂进入江河湖泊等淡水水体后，水体盐度随之升高。这对于这些淡水生物而言无疑是一场灾难。而一些对于浮游生物而言，盐度升高可能会促进其疯狂增长，引发类似因水体富营养化导致赤潮的后果。最终将导致当地部分水生生物的消失殆尽，生态环境改变，生物多样性减少。融雪剂进入地下水后，会影响地下水的质量。对于一些以地下水作为生活用水的人们，饮用后会影响他们的健康。2.7.4融雪剂对混凝土的破坏道路桥梁的混凝土在正常的日晒雨淋以及表面接触摩擦下，其发生腐蚀破坏在所难免，但融雪剂的大量使用则大大地加快了混凝土的破坏。据调查统计，使用过融雪剂的道路桥梁表面的混凝土因盐害而腐蚀的情况比没使用过融雪剂的道路桥梁要严重的多，使用寿命也大打折扣。这种破坏主要表现为混凝土表面的腐蚀脱落。据研究，这种破坏是从外至内的破坏，层层剥落。融雪剂对混凝土的破坏是物理和化学作用的共同效果。物理上，盐溶液经过渗透作用进入混凝土内部，伴随温度进一步下降，水就会结冰，使得体积膨胀，对混凝土产生压力。此时，混凝土内部盐浓度变大，使得更多的水分进入混凝土。如此循环下，结冰产生的压力变得更大，从而造成混凝土脱落。化学上，主要是因为进入混凝土内部的氯盐与混凝土中的成分发生化学反应，而且反应物容易随水流动而流失，造成混凝土内部孔隙增加，混凝土的结构强度减弱，故而更容易腐蚀脱落。2.7.5融雪剂对混凝土中钢筋的破坏通常情况下，混凝土中的氢氧化钙为钢筋提供了一个碱性的环境，使得钢筋表面形成一层钝化膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀。但当氯盐融雪剂渗入混凝土后，氯离子就会破坏这层钝化膜。钢筋失去钝化膜后，从钝化状态变成反应活泼状态，最后钢筋就会被腐蚀。当钢筋腐蚀生锈时，混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失。因而混凝土内部孔隙增加，进入混凝土内部的盐溶液变得更多，更加加快了钢筋与混凝土的腐蚀，减少了工程的使用寿命。钢筋腐蚀发生的反应主要是电化学反应。进入混凝土中的氯离子与碳钢接触，起到了去极化的作用，即降低了阳极的电极电位。铁基体与钝化膜之间存在着电位差，同时含有氯盐的雪水充当了电化学反应的电解质，从而形成了腐蚀原电池。钢筋表面不同电位区段形成阳极和阴极。阳极部位的钢筋表面处于活化状态，可以自由地释放电子，阴极部位的钢筋表面存在足够的水和氧。而在这个电化学反应过程中，氯离子是没有参与到反应中去，只是起到了引发剂的作用。伴随氯离子的积累，它对钢筋的腐蚀也越来越严重，最终导致钢筋结构改变，强度减弱。与此同时，不断产生的铁锈也导致钢筋体积增大，使得混凝土产生裂缝等不良后果。2.8融雪剂发展方向目前来说，对融雪剂的发展要求主要是追求高效环保经济。一方面追求氯盐型融雪剂优秀的融雪能力和低廉的成本，另一方面追求环保型融雪剂绿色环保的特点。基于此，目前混合型融雪剂研究前景美好。对于一种融雪剂而言，一般从它的融雪能力以及它会对环境造成的影响两方面来评价它的优劣；而对于环保型融雪剂而言，主要是从融雪剂的比重、酸碱度、浓度和冰点的关系、氰化物、腐蚀性以及其它的一些重金属的含量来评定。国内外对此方面评价标准较少，国际上一般以太平洋西北除雪协会制定的关于环保型融雪剂的技术指标为标准，国内的话，北京市也对融雪剂环保标准做出了相关的规定。综合来说，作为环保型融雪剂，应具有融雪能力强、低腐蚀性、无环境污染以及融雪成本低的特点。实验部分3.1实验仪器与设备如表所示：实验仪器和设备序号名称规格产地1电子天平JM-A10002江苏昆山城科电子有限公司2集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101S上海霄汉实业发展有限公司3电冰箱BCD-192KTJX青海海尔股份有限公司4烧杯50ml、100ml、250ml5量筒10ml、25ml6低温温度计-50℃7塑料杯8胶头滴管3.2实验试剂如表所示：实验试剂序号名称分子式产地规格物理性质1氯化钾KCl天津AR白色晶体或结晶性粉末2乙酸钾CH3COOK天津AR无色有光泽的结晶或白色结晶性粉末或薄片3乙酸钙CH3COOCa天津AR白色针状结晶或结晶性粉末或颗粒4乙酸镁CH3COOMg天津AR无色或白色结晶5丙二醇CH3CH(OH)CH2OH天津AR无色粘稠液体。微有辛辣味。能与水、丙酮和三氯甲烷相混溶。目前来说，用作汽车冷却液的主要组成成分是乙二醇与丙二醇，他们具有具有很好的防冻性能，在体积分数60%以下，它们的防冻效果基本相同，含量为40%时，冰点为－21℃；含量为60%时，冰点为－46℃；但乙二醇浓度超过60%后，随着乙二醇浓度的升高，其冰点呈上升趋势，粘度也会随着浓度的升高而升高。从目前融雪剂的发展来看，环保性能是融雪剂必不可少的一个考虑因素。丙二醇与乙二醇相比，乙二醇对动物有毒性，人类致死剂量约为1.6g/kg丙二醇几乎无毒。从生物降解方面看，丙二醇更易于生物降解，降解后对环境污染小，乙二醇容易氧化，生成有毒的草酸。因此丙二醇更适合作为融雪剂的主要成分。氯化钾的性质基本与氯化钠相同，在氯盐融雪剂家族中，其具有优秀的融雪能力。与氯化钠相比，钾离子相比钠离子更适合植物的吸收，避免了因钠离子累积导致植被死亡的可能。乙酸钙、乙酸镁和乙酸钾是绿色环保的冰点降低有机盐，其中乙酸钙和乙酸镁是CMA的主要成分，具有优秀的融冰能力。3.3实验步骤3.3.1实验一步骤制取冰块：在若干规格相同的塑料杯中加入相同质量的水，将其放入冰箱12小时进行冷却结冰，留备待用。将冰箱温度控制档调至1档，用低温温度计记下此时冰箱温度﹣14±1℃。配制体积分数为20%的丙二醇溶液：用25ml量筒量取20ml的蒸馏水以及用10ml量筒量取5ml丙二醇一同置于50ml的烧杯中，轻微摇晃，使其充分混合。称取样品：用电子天平称取二水磷酸二氢钠和尿素共6g，按照1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的比例称取，共9组。制备混合溶液：将步骤3中称取的样品分别加入步骤2中的丙二醇溶液，放入转子，将其放在集热式恒温加热磁力搅拌器中搅拌溶解，完全溶解后，将其取出。再用电子天平按7∶3的比例称取乙酸镁和乙酸钙共6g。加入20ml的蒸馏水，制成CMA溶液。将步骤4和5中的溶液放入冰箱12小时中，冰箱温度档保持不变。12小时后取出观察。3.3.2实验二步骤按实验一的步骤2、3、4制备混合溶液；再按实验一的步骤5制备CMA溶液并在其中加入5ml的丙二醇。称量冰块质量：从冰箱中取出装有冰块的塑料杯，将其表面的水分及冰屑擦干，迅速称量，记下其质量m。融冰实验：在塑料杯中迅速放入配置好的溶液，并转入冰箱中。恒温0.5h后，取出塑料杯，将杯中溶液倒掉并将其中的液体擦干，迅速称量剩余质量m1。则融化的冰块质量为m-m1。对比实验：将实验二步骤1的CMA溶液做相同实验来作对比，记下实验数据。重复实验：将融冰时间延长至1h，重复实验。3.4实验结果实验一：在冰箱温度14±1℃下，九组混合溶液没有出现水结冰的现象，但有结晶出现，这应该是温度下降导致溶质的溶解度下降，进而晶体析出；而CMA溶液出现结冰现象。证明混合溶液降低冰点的能力比CMA溶液强。实验二：数据如下表所示：表一：融冰实验时间为30min的数据记录表氯化钾和乙酸钾