融雪剂研究

吕伟，秦静

融雪剂研究

吕伟1，秦静2

（1. 中国寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012； 2. 北京市工业技师学院，北京 100023）

对镁钙不同配比的环保型融雪剂和不同钠钙配比的传统融雪剂的融冰效果进行了比较。结果表明：当镁钙摩尔比为8∶2时环保型融雪剂融冰效果最好，当钠钙摩尔比为2∶8时传统融雪剂融冰效果最好，并对实验数据进行了处理和分析，对融雪剂的改进提出了自己的想法和思路。

醋酸钙镁；钠钙盐；融雪剂；融冰

随着经济和社会的不断发展，为了更加有效迅速地除去冬季在道路上覆盖的雪，避免结冰以防止交通事故、方便人们出行，当下融雪剂的使用越来越多，而众所周知传统融雪剂钠钙盐对环境的破坏是十分严重的，于是新型环保融雪剂应运而生了，其主流成分就是醋酸钙镁盐（即CMA）。但由于价格高[1]、融雪效果不尽如人意[3]，严重限制了其使用。本实验就是根据已有知识对新型环保融雪剂和传统融雪剂进行对比，并得到镁钙的最佳比例、钠钙的最佳配比，为融雪剂的改进提供一定依据。

1 实验设计

1.1 实验目的

根据已有知识，通过实验对新型环保剂和传统融雪剂进行对比，并得到镁钙、钠钙的最佳比例，并分析镁钙比例对融雪效率的影响，从而为融雪剂的改良提供一定依据。在此基础上尽可能地发现一些文献上不曾提到过的问题，提出自己的改良方案。在允许的情况下对自己的改良方案进行验证。

1.2 实验原理

新型环保融雪剂以醋酸钙镁盐（即CMA）为主要成分。众所周知，根据依数性原理，盐离子能有效地降低冰雪的熔点，从而促进冰雪的融化。而由于雪受天气影响太大，我们决定用冰来代替雪做效率实验，根据现有试剂，醋酸和氧化镁及碳酸钙反应来制备CMA。反应式为：

2CH3COOH + Mg = (CH3COO)2Mg + H2↑

2CH3COOH+CaCO3= (CH3COO)2Ca+CO2↑+ H2O

而传统融雪剂则用炒干的氯化钙和氯化钠直接量取配成。在合成和配比完毕后，进行同一温度下融冰效率的测量和对比，并得出结论。

1.3 所需试剂及仪器

试剂：冰醋酸、碳酸钙固体、镁条、氯化钠固体、氯化钙固体、冰块。

仪器：玻璃棒、烧杯、电炉、量筒、电冰箱、电子天平、坩埚、坩埚钳、酒精灯、铁三角、滤纸、锥形瓶等。

1.4 实验步骤

1.4.1 CMA的制备

将氧化镁和碳酸钙按一定摩尔比混合，置于锥形瓶中，加入一定量的水，加热搅拌，并滴入稀醋酸至固体完全溶解。将溶液蒸干，所得固体即为CMA。镁钙比为10∶0、8∶2、6∶4、5∶5、4∶6、2∶8、0∶10，即氧化镁与碳酸钙的质量比分别是 5.833 3∶0 、4.345 6∶2.706 0 、3.117 9∶5.177 5、2.543 1∶6.334 6、1.992 3∶7.443 6、1.463 8∶8.507 4 、0∶11.454 2。

1.4.2 传统融雪剂的制备

将氯化钠和经炒干的氯化钙按一定摩尔比混合即可制备出传统融雪剂。按CMA的制备比例，钠钙分别为10∶0、8∶2、6∶4、5∶5、4∶6、2∶8、0∶10，即所称氯化钠氯化钙质量比是 3∶0 、2.034 1∶0.965 9、1.323 8∶1.676 1、1.034 7∶1.965 3、0.780 0∶2.220 0 、0.347 9∶2.652 1、0∶3。

2 实验进行及实验现象

2.1 环保型融雪剂合成

第一组（镁钙比例10∶0）：粉末溶解，生成少量气泡——说明MgO中含有少量杂质；析出白色粉末，附于蒸发皿底，上层有无色透明黏着液。冷却后凝固，状如糖稀（拉丝），后变硬、变脆，先是在水中有少量溶解，搅拌加热后全溶，再一次蒸发提纯。

第六组（镁钙比例5∶5）：MgO取2.543 1 g，CaCO3取6.334 6 g，加入100 mL HAc(36%)后溶液变浑浊，有大量气泡，加热一段时间并搅拌后逐渐溶解，成澄清溶液。

第十一组（镁钙比例0∶10）：分次加入120 mL HAc(36%)及少量去离子水后，溶液分为两层，下层浑浊有密集气泡，上层为乳浊液（CaCO3）。

2.2 融冰效率的实验

5 min后，环保型融雪剂未见有溶解迹象，但非环保型融雪剂最多大概能融1/3，效率对比是非常明显的。

20 min后环保型融雪剂有融冰迹象，但所融较少，非环保型融雪剂有较大量水融出。

3 实验数据及处理

表1 环保型融雪剂出水量随时间、镁钙摩尔比变化数据

图1 环保型融雪剂融冰效率对比图

4 实验结果及讨论

4.1 不同配比环保型融雪剂在同一温度下的融冰效果

通过表1、图1及图2可以看出，CMA的镁钙比例为8∶2时融冰效果最好，且融冰效率对配比图中存在两个波谷、两个波峰。

图2 环保型融雪剂融冰速率随配比变化图

表2 传统融雪剂出水量随时间、钠钙摩尔比变化数据

图3 传统融雪剂融冰效率对比图

融雪剂融冰效果与当时实验温度、溶解度、融雪剂的量、融雪剂吸收空气中水分的能力等有关[2]。融雪剂融冰基本原理是溶液冰点下降原理，即依数性原理，融雪剂在使冰融化的过程中，往往先吸收空气其中的水分潮解，形成部分水溶液，这一部分较慢，然后随着冰的融化，溶液大量形成，冰雪的融化速度加快。在实验中，可以明显观察到无水氯化钙极易潮解，短短几秒钟的裸露时间，就能在滤纸上形成水纹，而对比其融冰效果，发现往往氯化钙含量相对较高的融雪剂融冰效果比较好。因此，融雪剂的融冰能力除溶解度因素外，还与冰雪融化剂吸收空气中水分的能力有关，即吸湿的能力及吸水速率有关。而CMA中少量钙盐的存在，非但几乎不会降低CMA总体的溶解度，还会增加对空气中水分的吸收，故在镁钙比为8∶2时，其融冰效果最佳。融冰速率正是伴随着比例不一样而使二者各种性质起到的作用不一样，即这些综合因素造成了图2曲线的出现。

4.2 不同配比传统融雪剂在同一温度下的融冰效果

通过表2、图3可以得知钠钙摩尔比为2∶8时融冰效果最好，且该比例下融冰速度比环保型融雪剂高得多。这可能与氯化钠的潮解性、氯化钙的吸水性、氯化钙分子中含三个离子、二者的溶解度很大及二者在溶解冰的过程中吸收的热量较大有关。由此可以看出，新型环保型融雪剂不仅价格很高，还在融冰效果上与传统的融雪剂有很大差距，这就限制了其推广，亟待改进。

4.3 进行融雪剂改进的一些想法和思路

鉴于实验得到的数据及其处理结果，我们有以下几种研究方法思路。

4.3.1 对传统融雪剂进行改进

这包括前人提到过的添加一些缓蚀剂等添加剂[3]，重要的是在尽量不影响其融雪效果、不增加价格的前提下，减缓其对金属、橡胶等的腐蚀，降低其盐碱性，使其适用更广、更加环保。添加何种缓蚀剂来减少融雪剂的腐蚀性已成为全世界开发高效环保型融雪剂的主要目标。缓蚀剂的发展方向是高效、低毒、无公害、无污染。从前人的研究结果来看，葡萄糖酸盐既能满足上述条件，又能对中性盐中碳钢腐蚀起到有效的抑制作用，且价格低廉。 钼酸盐、锌盐、磷酸盐，也适合于做缓释剂。此外，硫脲对作物的营养及硫脲分子中具有两个杂化原子N和一个杂化原子S，它可以与Fe2+络合，最终转化为不溶性硫化铁保护膜，故硫脲也适合作缓蚀剂的主要成分。另外，硅酸钠也是较常用的一种绿色缓蚀剂。

4.3.2 对现有环保型融雪剂进行改进

主要围绕降低成本、提高融雪效果展开，同时使其更加环保，目前主要通过废水合成、作物吸收、改变成分等途径实现这一目标[4-5]。根据在本实验中得到的一些结果，我们猜想能否在环保型融雪剂中添加一些吸水性物质，或者在使用前少许地添加一些水或者干脆配成过饱和溶液进行融雪。另外，有些不同种类的融雪剂在配比的时候可能存在协同作用，消除或减少缺点的同时提高了优点，这也是一个重要的方向

5 结 论

由于存在溶解度、吸水性、溶解放热、温度等因素的影响，当镁钙摩尔比为8∶2时环保型融雪剂融冰效果最好；钠钙摩尔比为2∶8时传统融雪剂融冰效果最好。环保型融雪剂的融雪效果并不如传统的好，鉴于CMA的可自然降解性以及腐蚀性低等优点的存在，相信经过改进一定会得到推广和普及。

［1］许英梅，张秋民，张伟，等一种低成本环保型融雪剂的制备与性能研究[J].辽宁化工，2007, 36（1）：10-11+15.

［2］肖进兵，邢军，孙永正，等. 醋酸钙镁冰雪融化剂的制备及融冰效果小试[J].大连大学学报，2008，24（4）：32-34.

［3］许淳淳. 融雪剂对碳钢腐蚀的研究[D].北京：北京化工大学，2007.

［4］王小光，章亚东.融雪剂的研究进展及发展方向[J].无机盐工业，2007，39（3）： 8-10

［5］许英梅，张秋生，姜慧明，等. 由木醋液制醋酸钙镁盐类环保型融雪剂研究[J]. 大连理工大学学报，2007，47（4）：494-496.

Study on Snow Melting Agent

1,QIN Jing

（1. China Huanqiu Contracting & Engineering Co., Ltd.，Beijing Branch, Beijing 100012, China; 2. Beijing Institute of industrial technology, Beijing 100023, China）

The ice melting effect of environmental friendly snow melting agent with different ratio of magnesium and calcium and traditional snow melting agent with different ratio of sodium and calcium was compared. The results showed that the ice melting effect of environmental friendly snow melting agent was the best when the molar ratio of magnesium and calcium was 8∶2, and the ice melting effect of traditional snow melting agent was the best when the molar ratio of sodium and calcium was 2∶8. The experimental data were processed and analyzed, some ideas about the improvement of snow melting agent were put forward.

calcium magnesium acetate; sodium calcium salt; snow melting agent; ice melting

2019-11-15

吕伟（1981-），男，助理工程师，北京人，2005年毕业于北京联合大学电子商务专业，研究方向：化工设备。

秦静（1983-），女，讲师，博士，研究方向：环境保护与检测。

X131

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1004-0935（2020）02-0151-03