防污特性（共6篇）
防污特性 篇1
海洋生物的附着污损而导致的燃料消耗、温室气体排放增 加,以及结构 腐蚀破坏 等问题日 益受到重 视[1,2,3,4]。近年来,出于对环境保护的需要,传统的有机锡毒剂释放型涂料已经被全球禁止使用[5]。在取而代之的新型环境友好型防污涂料中,低表面能防污涂料由于对海洋生态环境的无毒性,对船舶保护的可靠性, 成为新型防污涂料开发的重点之一。
有机硅低 表面能防 污涂料的 研发报道 始见于1972年的美国,其成膜物是硅橡胶[6]。在过去的几十年中,国内外研究者研发的低表面能防污涂料可分为有机硅和含氟聚合物两大类,其中研究较多和技术较为成熟的是有机硅低表面能防污涂料。近年来,已经商品化应用的有机硅低表面能防污涂料主要有:丹麦Hempel的Hempel 77000系列、荷兰Akzo Nobel的International Intersleek、日本Kansai的Captain Biox、日本Chugoku Seajet 2000、荷兰Sigma Sigmaglide、挪威Jotun的Sealion等[7]。但是,至今我国仍然没有可以商业化应用的低表面能防污涂料,急需加强相关的研究工作。
众所周知,海洋污损生物通过化学键合结合、静电相互作用、机械交联或扩散作用中的一种或几种机理附着在目标物的表面[8]。研究结果表明,如果固体的表面自由能越低,其附着力就越小[9];污损生物在有机硅涂层上的相对结合力与涂层的弹性模量及表面自由能乘积的1/2次方成正比[7,9,10]。此外,分子结构相似的小分子硅油对有机硅防污涂料的防污性能会产生重要的影响。而将甲基硅油添加到涂料中会改变涂层的表面自由能,同时,也能显著地影响海生物的初期附着行为[11,12],降低海生物在涂层表面的附着能力。Brady的研究表明[13,14],附着海洋污损生物在有机硅低表面能涂层上脱除的最佳方式是剥离脱落。如果涂层中的硅油能够随服役时间增加,逐渐迁移到涂层表面,削弱附着生物与涂层的结合力,就可以使得附着在船体的污损生物更易于剥离脱落。但是,关于硅油对有机硅涂层性能影响的系统研究报道较少。
本工作通过机械搅拌分散的方式,添加不同分子量的甲基硅油,并改变甲级硅油的添加量来制备有机硅涂料,通过测定有机硅涂层在海水浸泡前后的水接触角、二碘甲烷接触角、表面自由能、弹性模量、与污损生物的附着力、红外光谱以及硅油迁移情况,研究甲基硅油含量和分子量对有机硅防污涂层表界面特性的影响。以期为研发防污性能更加优良的有机硅低表面能防污涂料提供科学的依据。
1实验材料和方法
1.1实验材料
有机硅树脂为山东大易化工公司生产的分子量约为40000的羟基封端的聚二甲基硅氧烷(hydroxy-terminated polydimethylsiloxane)。固化剂为 天津科密 欧生产的正硅酸乙酯(分析纯AR)。催化剂为天津科密欧生产的二月桂酸二丁基锡(分析纯AR)。山东大易化工生产的黏度分别为15,50,100,500mPa·s的甲基硅油为添加变量,分子量依次为1750,4400,7200和17300。包含相应甲基硅油的有机硅涂层分别记为Si-15,Si-50,Si-100,Si-500,不含硅油的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)有机硅涂层记为PDMS。
1.2试样制备
制备两组对比试样,一组研究硅油添加量不同对涂层性能的影响;另一组研究硅油分子量对涂层性能的影响。将甲基硅油添加到羟基封端的聚二甲基硅氧烷中,高速分散均匀组成A组分。静置24h待消泡完毕后,再依次添加B组分固化剂正硅酸乙酯和C组分催化剂二月桂酸二丁基锡,搅拌均匀,消泡完毕(可适当添加甲苯溶液调节黏度)后,涂刷在铝板和载玻片上,干燥固化7天待用。
1.3实验方法
为了消除涂层表面灰尘和海水中析出结晶盐对接触角测量结果的影响,将海水中浸泡前后的涂层试样在丙酮中超声 清洗5min,采用电吹 风风干后,使用JC2000C型接触角测量仪测量涂层表面的水和二碘甲烷接触角。每个涂层分别随机测量3个液滴,液滴大小为3μL;使用XLW型电子拉力试验机测定涂层的拉伸性能,计算弹性模量,拉伸速率为25mm/min;用HT220邵氏A硬度计测定涂层的硬度。
将海水中浸泡20天的涂层和未浸泡的对照涂层 (涂层统一采用在A组分中质量分数为16.7%的Si15载玻片涂层)取样,采用KBr压片法制样后,用EQUINOX55傅里叶变换红外光谱仪测量涂层试样的红外光谱,分辨率为2cm-1,扫描次数32次;涂层的表面形貌和迁移硅油采用OLS4000型激光共聚焦扫描显微镜定期观察拍照。观察拍照前,实验涂层在防尘良好的通风橱中自然温湿度环境 条件下分 别静置1周,1个月,3个月,6个月和1年。
2结果与讨论
2.1有机硅涂层的疏水亲油性
涂层的疏水亲油性可以分别通过测量其与极性介质水和非极性介质二碘甲烷的接触角来表征。图1为硅油含量和硅油分子量与有机硅涂层接触角的关系。 可知,对于充分固化的新制有机硅涂层(图1(a)),相比PDMS涂层,含甲基硅 油Si-15涂层的水 接触角 (Water Contact Angle,WCA)随硅油含量增加,涂层的水接触角相应增大。在涂料中加入不同含量的甲基硅油,可以在一定程度上增大涂层的水接触角,改善涂层的疏水性。在硅油含量(在A组分中含量为9.1%) 相同的条件下 (图1(b)),各涂层的水接触 角均大于PDMS涂层的水接触角。在涂料中加入不同的甲基硅油,可以在一定程度上增大涂层的水接触角,改善涂层的疏水性。但是,随着甲基硅油分子量的增大,甲基硅油增大有机硅涂层疏水性的程度减小。无论硅油的含量还是其分子量增加,经过20天海水浸泡后,各涂层的水接触角均有所减小,涂层的疏水性下降。结果表明,各有机硅涂层的二碘甲烷接触角(Diiodomethane Contact Angle,DCA)均小于90°,与二碘甲烷具有较好的润湿性,即较好的亲油性。相比PDMS涂层,在涂料中加入不同分子量和不同含量的甲基硅油,均可以在一定程度上增大涂层表面的二碘甲烷接触角,使涂层的亲油性降低。并且,随硅油含量增加,含甲基硅油Si-15涂层的二碘甲烷接触角相应增大。在硅油含量(在A组分中含量为9.1%)相同的条件下,各涂层的二碘甲烷接触角随甲基硅油分子量的增大而减小, 但其减小的幅度在5°以内。无论硅油的含量还是其分子量增加,经过20天海水浸泡后,各涂层的二碘甲烷接触角均有所减小,表明涂层的亲油性增大。
图1 有机硅涂层的接触角与硅油含量(a)和分子量(b)的关系 Fig.1 Relation between content of silicone oil(a),molecular weight of silicone oil(b)and contact angles of silicone coatings
2.2有机硅涂层的表面自由能
由上述涂层表面与极性介质水和非极性介质二碘甲烷的接触角测量结果,根据Owens和Wendt[15]提出的固体表面自由能估算公式,计算所得各涂层的表面自由能如图2所示。可见,PDMS涂层的表面自由能约为24mJ/m2,在涂料中加入不同分子量和不同含量的甲基硅油,均可以在一定程度上降低涂层的表面自由能,最低可达约22mJ/m2。这与王科等[16]的研究结果相似。并且,随硅油含量增加,含甲基硅油Si-15涂层的表面自由能相应降低。在硅油含量相同的条件下,甲基硅油的分子量为4400时涂层的表面自由能最低。经过20天海水浸泡后,各涂层的表面自由能均增大。并且,随硅油含量增加,含甲基硅油Si-15涂层的表面自由能的增幅相应减小。在硅油含量相同的条件下, 甲基硅油的分子量为4400时涂层的表面自由能增幅最小,受海水浸泡的影响较小。
图2 有机硅涂层的表面自由能与硅油含量(a)和分子量(b)的关系 Fig.2 Relation between content of silicone oil(a),molecular weight of silicone oil(b)and surface free energy of silicone coatings
桂泰江[17]对同类型有机硅涂层在一年内海水浸泡后的表面能研究结果显示,涂层的表面能随浸泡时间延长也表现为不断升降的变化规律。不管涂层的水接触角怎样变化,就涂层的水接触角在海水浸泡前后会产生明显的改变这一总体的规律,似乎可以说明有机硅涂层在海水浸泡过程中趋于降低固-液界面和体系的总能量,发生了硅油的迁移或者某些结构链段的分子重构,导致涂层的表面结构和性质发生了改变。 这是由于有机硅树脂主链具有高度的柔性和挠曲性, 很容易改变其链段构象以降低体系的能量;而甲基硅油结构稳定,不会参与有机硅树脂成膜过程的交联反应,可在涂层交联网络结构中均匀分布,并自由扩散迁移[9]。当非键合的自由硅油在涂层中迁移时,必然会造成有机硅涂层的表面结构发生改变。因此,硅油不仅可以增加涂层表面的光滑性,而且增加了涂层表面的憎水性。
2.3有机硅涂层与附着生物的相对结合力
Brady等[8]和桂泰江[17]的研究结果表明,污损生物在有机硅涂层上的相对结合力与涂层的弹性模量及表面自由能乘积的1/2次方成正比。该数值被认为是设计和筛选 有机硅防 污涂料的 一个重要 指标。 因此,获得表面自由 能和弹性 模量尽可 能小的涂 层有利于提高有 机硅涂层 的防污性 能和污损 物脱除性能。
力学性能测试结果表明,硅油的分子量和含量也显著地影响有机硅涂层的弹性模量,如图3所示,含硅油涂层的弹性模量均在一定程度上较纯PDMS涂层减小。除了硅油含量为16.7%的涂层弹性模量结果有些异常外,涂层中硅油分子量一定时,涂料中的硅油含量愈高,其涂层的弹性模量愈低;硅油含量一定时, 涂层的弹性模量随着其中所含硅油分子量增大而增大。这是由于硅油的分子量越大,其黏度和内聚摩擦阻力越大,即其在外力作用下的黏弹性抗力越大,因此,涂层的弹性模量也就越大。
图3 有机硅涂层的弹性模量与硅油含量(a)和分子量(b)的关系 Fig.3 Relation between content of silicone oil(a),molecular weight of silicone oil(b)and elastic modulus of silicone coatings
有机硅涂层的弹性模量和表面自由能计算得出的有机硅涂层与附着生物的相对结合力如图4所示。除了硅油含量为16.7%的涂层外,涂层中硅油分子量一定时,涂料中的硅油含量愈高,其涂层与附着生物的相对结合力愈低;硅油含量一定时,涂层与附着生物的相对结合力随着其中所含硅油分子量增大而增大。这就是说,为了获得具有更好防污性能和污损物脱除性能的有机硅涂层,应尽量选择小分子量的硅油。在硅油分子量一定的前提下,甲基硅油的含量有一个最佳值, 本研究条件下其为13%。
图4 有机硅涂层表面的附着生物相对结合力与硅油含量(a)和分子量(b)的关系 Fig.4 Relation between content of silicone oil(a),molecular weight of silicone oil(b) and relative adhesion force of biofouling of silicone coatings
2.4讨论
上述研究结果表 明,海水浸泡 后有机硅 涂层的疏水性降低,亲油性增大,表面自由能和涂层与附着生物的相对结合 力亦增大,而其中海 水浸泡前 后涂层与附着生物的相对结合力变化程度极大地影响有机硅涂层的防污性能,其变化程度越小,则有机硅涂层在海水中的稳 定性越高,其抵抗海 生物污损 的性能越好。进一步分 析表明,PDMS涂层与附 着生物的相对结合 力变化量 达到6.75%,含9.1% 甲基硅油的有机硅各涂层与附着生物的相对结合力变化量 介于1.28%~6.37% 之间,均小于不含甲 基硅油的PDMS涂层,并且硅油分子量小,其相对结合力变化量也较小。
硅油除了影响有机硅涂层的弹性模量和表界面特性外,更重要的是要在服役过程中能够迁移到涂层与服役环境的界面或者涂层与附着生物的界面,形成硅油膜,从而将附着生物与有机硅涂层固体之间的结合转变为与硅油液体之间的弱结合,使得附着生物难以在有机硅涂层表面附着。甲基硅油是不具有反应活性的最常用的硅油之一,是无毒、无臭、无腐蚀性、不易燃烧的液体,具有卓越的疏水性、生理惰性、较小的表面张力等典型的聚硅氧烷的特性[18]。由于甲基硅油的分子结构与成膜物羟基封端的聚二甲基硅氧烷结构相似,因此,甲基硅油能够在有机硅涂料中均匀分布,形成均匀的共混体系。甲基硅油不参与有机硅的交联固化反应,可以保留液体的状态被均匀分散在固化后的三维网络交联聚二甲基硅氧烷之间。由于在海水中观测硅油的迁移析出存在着诸多的技术障碍,本工作选择通过观察涂层在空气中的硅油迁移行为来研究硅油含量和分子量的影响。
将实验涂层在防尘良好的通风橱中静置,定期利用激光共聚焦显微镜观察涂层表面的形貌及硅油迁移渗出情况。结果表明,在静置1周,1个月,3个月,6个月后的各涂层表面一直没有发现渗出硅油的存在, 静置1年后在分子量为1750的甲基硅油Si-15明显迁移渗出至涂层的表面,其他分子量较大的硅油仍均未观察到迁移至涂层的表面。这是因为,硅油迁移渗出的驱动力来自于涂层中固-液两相的体积百分比,以及它们与暴露介质的表面张力差。由于硅油的表面张力小于聚二甲基硅氧烷弹性体,且为液态,当涂层暴露在空气介质中,涂层与空气体系的界面能量就有自发减小的趋势和可能。分散在聚二甲基硅氧烷间隙的硅油在毛细管的虹吸作用下,需要克服其与基体的摩擦阻力,才能最终实现迁移渗出至涂层与空气的界面。对于线性甲级硅油而言,分子量越大其分子链越长,从而导致硅油的黏度,以及内聚摩擦力越大,因此其向涂层表面的迁移阻力越大,迁移渗出越困难。添加硅油Si15的有机硅低表面能涂层空气静置1年后的表面形貌如图5所示。其中,硅油在A组分的含量分别为4.7%,9.1%,13%,16.7%。利用图像处理软件Image Pro-plus,经过图像定量分析得到的渗出甲基硅油的覆盖面积比如图6所示。结果显示,在硅油分子量小的条件下,随着甲基硅油添加量的增加,其迁移出涂层表面的甲基硅油也会增加。这对于提升涂层的疏水性,降低涂层的表面能,弱化涂层与附着生物的界面结合力具有重要的作用。
图5 添加硅油Si-15的有机硅低表面能涂层的表面形貌 Fig.5 Surface morphologies of low surface energy for silicone coating added to silicone oil Si-15
为了进一步揭示海水浸泡后涂层表界面特性的变化原因,对海水浸泡前后的有机硅涂层进行了红外光谱测定。红外光谱图谱大致重叠,Si—O键结构稳定, 其峰值无明显 变化;而波数在 (1450±20)cm-1和 (2960±10)cm-1区域的波峰发生了较大的改变 (图7)。在这些区域的谱峰主要受C—H键的影响。在海水浸泡过程中,海水中的H2O分子会与有机硅涂层中的C—H键发生氢键作用,而这种作用导致C—H键的峰值发生了改变。这从一个侧面印证了前述涂层在海水浸泡过程中会发生分子重构,也可以部分解释海水浸泡后涂层与水和二碘甲烷的接触角减小的原因。
3结论
(1)随着涂层中添加的甲基硅油分子量的降低和添加量的增大,涂层的疏水性提高,而其亲油性和表面自由能越低,涂层与附着生物的相对结合力也降低。 弹性模量随着甲基硅油分子量的降低而减少。在硅油分子量一定时,甲基硅油的含量有一个最佳值,本研究条件下其为13%。
(2)红外光谱分析表明,海水浸泡使得C—H键的峰值范围扩大和增加,原因在于H2O分子会与有机硅涂层中的C—H键发生氢键作用,这种改变导致涂层的表界面特 性发生变 化,而Si—O键由于结 构稳定,其峰值无明显变化。
(3)实验涂层空气中静置1年后,只有分子量为1750的硅油在涂层表面有渗出,且渗出量与添加量成正比。
防污特性 篇2
本工作以自制丙烯酸锌树脂为涂料成膜物,添加有机防污助剂A,B,C,配合氧化亚铜防污剂[1],制备无锡自抛光防污涂料。通过检测不同防污剂配比的防污涂料中铜离子渗出率的变化和实海测试,探讨不同防污助剂对防污涂料防污性能的影响。
1 实验方法
1.1 丙烯酸锌自抛光防污涂料的制备
将定量丙烯酸锌树脂(自制)、颜料、混合溶剂、滑石粉、不同配比的防污剂,放入SDF400分散砂磨机中,加入适量涂料助剂和膨润土,以2000r/min的转速研磨2h,得到三个系列不同复合防污剂配比的丙烯酸锌无锡自抛光防污涂料。不同复合防污剂的配比见表1(氧化亚铜与防污助剂总量占涂料配方质量分数为20%)。
1.2 防污性能测试
1.2.1 铜离子渗出率检测
参考GB6824—86《船底防污漆铜离子渗出率测定法》,以10d为一测试周期,检测不同防污涂料中的铜离子渗出率。
1.2.2 实海测试
参考GB5370—85《防污漆样板浅海浸泡试验方法》,将防污涂料试样涂刷在已经处理好的测试样板上,浸入大连星海湾海域水下0.5～1m,以15d为一测试周期,观察涂料样板表面海生物生长状况,检测试样的实海防污性能。
2 结果与讨论
2.1 铜离子渗出率检测结果
图1为加入单一氧化亚铜及不同复合防污助剂的防污涂料中铜离子的渗出率。由图可知,所有试样的铜离子渗出率曲线均随时间的延长呈现下降趋势,初期铜离子的渗出率较大,而未加防污助剂的试样0的初期铜离子渗出率更大,远远超过其他6个试样。随着浸泡时间的增长,铜离子渗出率下降趋势平缓,20d后,铜离子的渗出率基本保持稳定,并在铜离子防污的最小渗出率10μg/cm2·d以上[2]。其中试样1和试样5的渗出率曲线比较理想,铜离子的渗出率在初期、中期和后期下降缓慢,表明在铜离子加入量相同的条件下,防污涂料有更长的防污期效。
试样1和试样2是由氧化亚铜与防污剂A制成的防污涂料。试样2的铜离子渗出率初期高于试样1,主要原因是试样2中防污剂A的含量高于试样1,而防污助剂A的颗粒较大而又疏松,密度比氧化亚铜小,湿膜在干燥过程中,氧化亚铜会沉聚在漆膜底层,防污助剂A受到漆膜底层氧化亚铜产生的压力聚集在漆膜的上层[1],因此成膜后表面较粗糙,水解表面积增大,促使铜离子的初期渗出率比试样1大。
试样3和试样4是由氧化亚铜与防污助剂B制成的防污涂料。由于防污助剂B在海水中的降解半衰期为8～9d[3],且防污助剂B的降解产物为n氯-1,3苯二氰[4],继续水解,产物为羧酸[5],丙烯酸锌为基料的防污涂料在水中的水解速率随着水中的pH值降低而减缓,在一定温度下,丙烯酸锌树脂颗粒水解速率只与水中的[OH-]有关,v=K[OH-]0.25(K为常数)[6]。初期环境中的pH值最大,防污助剂降解速率较快,漆膜水解速率也较快,因此铜离子渗出率较大,随浸泡时间的延长,防污助剂B降解的最终产物羧酸中和了部分[OH-],环境(海水的pH值为7.9～8.4)中的pH逐渐降低,同时防污助剂B的水解速率也随着漆膜周围海水中pH值的降低而减慢,整个漆膜的水解速率也相应降低。由于试样3中防污剂氧化亚铜的含量高于试样4,因此该试样铜离子的渗出率比试样4大。
防污助剂C是白色晶体,结构较密实,其降解产物为3.4-二氯苯胺,显碱性[7] ,继续降解产物也为羧酸[8],因此对铜离子的渗出率的影响与防污助剂B类似,即初期时,由于试样6的防污助剂C的含量大于试样5,防污助剂C最终降解产物又为酸性,加速了防污助剂C的降解,由于漆膜的水解,促进了铜离子的渗出,使试样6的初期铜离子渗出率大于试样5,又由于试样6中的氧化亚铜含量低于试样5,加之较高的初期渗出率,致使中后期铜离子渗出率持续降低,30d后已经低于试样0。
上述结果表明,加入防污助剂能够起到降低铜离子初期渗出率的作用,在保证防污效果的基础上,可以大大降低氧化亚铜的加入量。其中当防污助剂A或C与氧化亚铜的质量比为10∶10时,降低铜离子的初期渗出率效果明显,并且能够保持长久的有效渗出率。
2.2 实海测试结果
氧化亚铜对海洋软体动物和藻类均有很好的防污效果,其防污机理是铜离子与生物体中主酶中的主要活性成分有很高的亲和性,降低了主酶的生物活化作用,使生物体的细胞蛋白质变成铜蛋白质沉淀物,从而抑制了污损生物的生长。
图2为空白板、对照板的实海挂板试验结果。对照板中的试样采用的是IP的Intersmooth,从图中可以看出30d后,空白板表面开始大规模生长污损生物,45d后,已经全部覆盖空白板表面。对照板在整个试验过程中表现出良好的防污性能。
防污助剂A具有广谱的防污性,对海洋软体动物、藻类植物和微生物菌类的生长均具有抑制作用[9],尤其是对藻类及微生物有较强的毒杀作用,其防污机理是在污损生物附着过程中,破坏能够提供菌类和藻类附着的由多糖、蛋白质、蛋白质水解物所聚集的条件膜,从而在根本上除去了生物附着的环境。经实海测试,发现浸泡60d后,试样1和试样2的样板表面没有明显生长海洋生物,如图3所示。
防污助剂B对海洋藻类、菌类的生长有抑制作用,通过破坏细菌的新陈代谢,使其失去生物活性,此外对海洋中的腕足类动物合浮游甲壳动物如剑水蚤等有特殊毒杀作用[10]。由于防污助剂B在海水的浸泡过程中不断地降解,使漆膜的防污能力明显下降,45d后,浓度已达不到防污有效浓度,因此试样3和试样4均有少量的海洋污损动物附着,没有藻类和菌类。但试样4中由于防污助剂B含量较试样3高,附着的腕足动物数量少于试样3(如图4所示)。
防污助剂C是通过抑制藻类的光合作用中类囊体上电子的传递,从而使多管藻、石莼、水云等藻类停止生长,逐渐死亡[11],其对海洋污损动物没有明显的毒杀作用。在海水浸泡测试初期,表面均没有明显的污损藻类植物生长。45d后,随着防污助剂C的降解,使得漆膜中的有效浓度降低,因此试样5与试样6均有少量污损生物附着,见图5。
3 结论
(1)铜离子渗出率的测试结果表明,本实验使用的A,B,C三种防污助剂均具有降低铜离子初期渗出率的作用,制备的三个系列不同复合防污剂配比的防污涂料中的铜离子渗出率在60d内下降趋势缓慢,并保持在稳定有效的渗出率范围。
(2)实海测试结果表明,由氧化亚铜和防污助剂A组成的复合防污剂制备的防污涂料的防污效果最佳,实海浸泡60d,没有明显污损生物附着。
(3)铜离子渗出率检测和实海测试的结果表明,当防污涂料中氧化亚铜与防污助剂A的质量比为10∶10时,其铜离子的初期渗出率较小,能够保持较长防污期效,且实际防污效果最好。
参考文献
[1]于良民.环境友好型丙烯酸树脂的合成及其在海洋防污涂料中的应用[D].青岛:青岛海洋大学,2005.
[2]刘登良.海洋涂料与涂装技术[M].北京:化学工业出版社,2002.
[3]李学德,花日茂,岳永德,等.百菌清(chlorothalonil)在水中的光化学降解[J].应用生态报,2006,17(6):1091-1094.
[4]李瑛,李学德,花日茂,等.百菌清的生态环境效应及降解转化研究进展[J].安徽农业科学,2005,33(4):703-704.
[5]冒德寿,林军,徐蓉,等.多卤代1,3-苯二睛的水解研究[J].云南大学学报,2002,24(1):46-49.
[6]柯光明,吴金慧,郭洪猷.聚丙烯酸铜树脂颗粒水解性能的研究[J].北京化工大学学报,1999,26(2):77-79.
[7]READMAN J W,HATTUM B VAN,BARCELO D.Assessmentof Antifouling Agents in Coastal Environments[OL].http://www.pml.ac.uk/ace.
[8]胡春,刘星娟,李爽.ZnO催化剂对苯胺光降解的研究[J].环境科学学报,1998,18(1):81-85.
[9]于春影,李春超,王超,等.马来酰亚胺类杀菌剂的制备与性能评价[J].工业水处理,2004,24(7):36-38.
[10]严胜骄,杨丽娟,李俊峰,等.双苯甲酰基脲类化合物的合成及杀虫活性[J].应用化学,2004,21(12):1320-1322.
研制油管上口防污控流罩 篇3
2014 年3 月调查统计18 口井, 发现起带液油管时油管接箍上口存在问题: (1) 上提过程中, 每口井平均污染源溢出量275.9L左右, 平均落地污染面积41.5m2, 存在污染隐患导致违法风险加大; (2) 污染源处理时间长导致施工速度慢; (3) 存在健康安全隐患, 员工期待快速解决。 该如何解决带液油管接箍以上涌液问题, 目前没有一款合适的工具应用于作业现场, 因此选择课题“研制油管上口防污控流装置”。
2 确定目标值
所研油管上口防污控流装置在带液油管上提过程中, 使接箍上口每口井平均污染源溢出量小于3L。
3 最佳方案
2014 年5 月19 日小组全体成员对各项建议分解最佳方案进行合议, 最终决议确定研制油管上口防污控流装置。 最佳方案见图1。
4 具体措施
2014 年5 月制定完成各分解方案的对策表。
2014 年5~6 月按对策表逐步实施, 相继完成压差阀总成、接头挡板座、油管外螺纹、密封圈、遮流罩、中心连接板的制作。完成制作组装后, 测量压差型油管上口防污控流罩主体外形尺寸为165mm×170mm。随后到施工现场按预定操作规程先进行单根试验:手动旋转5 圈实现连接, 上提油管及卸扣过程中接箍上口无油液喷涌及滴落, 达到预期目标。 继续全井试验:累计接箍上口污染源溢出量小于2.3L, 单井试验成功。
5 取得效果
2014 年10 月调查统计17 口井, 对比2014 年3 月的调查统计确认课题效果:所研油管上口防污控流罩在带液油管上提过程中, 接箍上口累计每口井平均污染源溢出1.8L, 小于3L的目标值达到。
2014 年12 月确认经济效益:大队半年合计效益为181 297 元。确认社会效益: (1) 大大消减了起带液油管时污染隐患、健康隐患、井喷风险; (2) 因污染引发的工农矛盾明显减少, 利于和谐社会的共建。
2014 年12 月完成标准化工作, 通过严格查新确认该创新具有新颖性和创造性申报中国发明专利。
单位名称:华北油田分公司第二采油厂作业大队
小组名称:浪峰QC小组
工厂绿化防污效应及植物配置 篇4
1 绿化防污效应
1.1 降低大气有毒有害气体浓度
大片的树木绿地, 能吸收空气中部分有害气体, 降低空气中有害气体的浓度, 如:大叶黄杨、女贞、夹竹桃、合欢、广玉兰等对二氧化硫有较强的抗性;女贞、泡桐、刺槐、大叶黄杨等都有很强的吸氟能力;构树、合欢、紫荆、木槿具有较强的抗氯、吸氯能力。据测定, 1条宽5 m的悬木林树林带可使二氧化硫的浓度降低25%以上, 加杨、桂香柳等能吸收醛、酮、醚等有毒气体。含氯气空气随气流通过宽15 m、高7 m, 郁闭度为0.7~0.8的丛林后, 氯气浓度降低了59.1%;含氟化氢空气通过宽20 m的阔叶林带后, 氟化氢浓度比空旷地降低10%以上。
1.2 吸滞粉尘效应
绿地、林带对减少大气降尘量和飘尘量的效果非常显著。据测定, 一年当中绿地中的降尘量都低于工业区、商业区和生活居住区。有绿化林带阻挡地段, 比无林空旷地带降尘量减少23%~52%, 飘尘减少37%~60%, 草坪的减尘效果也较显著。据测定, 当风速为4级时, 在铺满草皮地段, 空气中未检出飘尘;在树木少、无草皮地段, 飘尘达0.77 mg/m3, 在地面完全裸露、树木稀少地段, 飘尘达9 mg/m3。
1.3 减少空气含菌量及放射性物质含量
由于绿化树木的减尘作用以及树木本身分泌杀菌素, 使绿地空气中含菌量大大减少, 如悬铃木叶子揉碎后, 能在3 min内杀死原生动物。城市中绿化区域与非绿化街道相比, 空气中的含菌量减少85%以上。树木对放射性物质有吸收、过滤作用, 从而降低空气中放射性物质含量。试验表明, 树林可降低入侵放射物质30%~60%, 从而减少辐射的传播。
1.4 衰减噪声, 改善小环境气候
绿色植物对声波有散射、吸收作用, 绿篱、绿墙对于声源和接收点在其高度以内的噪声阻隔和吸收效果十分显著。试验表明, 当噪声通过由2行松柏及1行雪松构成18 m宽的林带后, 噪声减少了16 d B, 通过36 m宽的林带后减少了30 d B。同时, 常绿阔叶树比阔叶树、有叶期比无叶期有较好的减噪效果[3,4]。
工业区绿化除减轻大气污染外, 同时对改善小气候也有显著效果, 它对调节气温、空气温度、气流、太阳辐射等都有良好作用。据测定, 盛夏树林下气温比裸地低3~5℃。绿色植物在夏季能吸收60%~80%日光能、90%辐射能, 使气温降低3℃左右;公园的相对湿度比其他绿化少的地区高27%, 行道树也能提高相对湿度10%~20%。
2 工厂防污绿化植物种类选择与配置
要搞好工厂的绿化, 必须做到适地选树、因厂选树, 确保植物良好生长, 以达到改善环境的目的。选择优良的防污绿化植物, 除必须适合当地的气候、土壤条件外, 还必须尽可能具备以下条件:一是具有较强的抗大气污染能力, 最好选兼抗数种污染物的种类;二是具有净化空气的能力, 特别是具有较强抗性且净化效能高;三是适应性强, 具有抗旱、抗寒、耐瘠、耐滞以及土壤酸碱适应范围广;四是有较好的绿化、美化效果;五是容易栽培管理, 萌生能力强[5,6]。
工厂是大气污染物的主要发源地, 工厂内部绿化布置, 要从减少工厂本身对环境的污染和工厂本身对空气净化的要求2个方面出发。绿化植物的配置原则为:根据厂区内功能分区, 合理布局, 以充分发挥绿地在改善环境、卫生防护、保障生产、创造舒适优美的休息环境和生产环境等方面的综合功能。生产车间周围污染物相对集中, 宜栽植以抗污、吸污能力强的树种, 以草坪、乔灌木形成一定空间和立体层次的屏障;办公楼和生活区污染程度较轻, 绿地建设以满足人群对景观的美感和接近自然的愿望为主, 宜配置树群、草坪、花坛、绿篱;在工厂道边种植乔木作行道树, 构成林网, 形成工厂绿化的骨架。
3 结语
工业企业、园林、环保等各部门应重视工业企业绿地建设, 做好工业企业绿化建设工作, 发挥其在改善环境、保持生态平衡等方面的重要作用。
参考文献
[1]孔国辉.大气污染与植物[M].北京:中国林业出版社, 1985.
[2]胡长龙.园林规划设计[M].北京:中国农业出版社, 1995.
[3]付书英.常用树种抗污染特性的浅析[J].河北林业科技, 2005 (Z1) :47-49.
[4]薛静辉, 郄燕婷, 冯新华.曹妃甸工业区工厂绿化浅议[J].河北林业科技, 2009 (4) :103-105.
[5]赵永斌.工厂绿化及树种选择[J].安徽林业, 1999 (5) :29.
城市地下水防污性能评价 篇5
关键词：地下水,防污性能,评价
1 水文地质概况
酒泉市位于北大河冲洪积扇中部, 地下水位埋深受地貌条件制约, 呈南深北浅, 西深东浅的变化规律, 西南部戈壁地下水埋深大于100m, 向北逐渐过渡到水位埋深小于1 m, 局部地段溢出地表。区内地下水类型以单一潜水为主, 仅东北部为承压水分布区。潜水含水层岩性以砂砾卵石为主, 由南向北、由东向西颗粒逐渐变细, 潜水含水层富水性1000-5000m3/d, 矿化度0.34-0.6 g/L, 水化学类型以HCO3-SO4—Mg-Ca型为主。承压含水层岩性为砂及砂砾石, 隔水层为粘土层而具承压性质, 承压含水层富水性3000-5000m3/d, 矿化度一般小于0.4 g/L, 水化学类型以HCO3-SO4—Mg-Ca型为主。
区内地下水主要接受北大河河水入渗、田间灌溉水入渗及侧向径流补给, 以人工开采、蒸发及侧向径流为主要排泄方式。
2 评价方法
采用美国EPA地下水防污染性能评价方法 ( DRASTIC) 中的固有性防污染性能评价[1]。
2.1 评价因子的选择
地下水系统防污染性能主要受地下水水位埋深 (D) 、地下水净补给量 (R) 、含水层介质 (A) 、土壤介质 (S) 、地形地貌 (T) 、非饱和带介质 (I) 和水力传导系数 (C) 等因素影响。因此可选择这七项评价因子对地下水防污染性能进行评价。可根据评价区水文地质条件的不同进行取舍或更换。
2.2 因子的分级
分级和权重划分标准列于表1至表7。
2.3 因子的权重
各项因子的权重列于表8。其范围为1-5, 对地下水系统影响最重要评价因子的权重为5, 影响程度最小的评价因子权重为1。
2.4 DRASTIC指标计算
DRASTIC地下水系统防污染性能指标由下式确定:
具有较高指标的区域, 则该区域的地下水就易于被污染, 反之亦然。DRASTIC指标提供的仅仅是相对概念, 而不是绝对的。最小指标为23, 最大指标为226, 一般DRASTIC指标值在50-200之间, 为计算方便, 最大值226折算为100, 最小值约为10。最小评价面积不应小于0.5km2。
2.5 地下水防污染性能分区
2.5.1 分区原则
(1) 力求简单明了, 为政府部门制定土地利用计划和地下水保护规划, 提供科学根据。
(2) 利于地下水资源保护和城市建设经济协调发展, 以达到合理布局。
(3) 充分利用现有资料, 力求数据准确、结果真实可靠, 客观反应实际情况。
2.5.2 分区方法
根据评价的七项因子, 首先按单因子的等级和权重做出单因子分区图, 然后将七项单因子分区图进行叠加, 最后编制成综合评价图。
2.5.3 区域划分
地下水系统防污染性能分区按照综合指数大小由低到高, 可划分为五个级别:
第一级 (Ⅰ) :100-80, 地下水系统防污染性能差;
第二级 (Ⅱ) :80-60, 地下水系统防污染性能较差;
第三级 (Ⅲ) :60-40, 地下水系统防污染性能中等;
第四级 (Ⅳ) :40-20, 地下水系统防污染性能较好;
第五级 (Ⅴ) :<20, 地下水系统防污染性能好。
2.5.4 地下水污染防治区划的分区原则
在综合分析调查区地下水系统防污性能, 地下水质量与污染现状、地下水资源可开采量及开发利用的基础上, 参考土地利用分区、污染源分布及社会经济发展规划, 完成地下水污染防治分区。
地下水污染防治区划的目的是保护地下水资源, 为制定和实施地下水污染防治规划提供依据。原则上分为五区。
重要地下水水源地保护区:将正在开发中的和已勘探未开采的集中开采水源地及保护范围划为该区;
修复治理防护区:地下水系统防污染性能差或较差, 污染源多或较多, 地下水资源丰富, 开发利用程度高, 微量有机污染呈明显面状发生的地区。
重点防护区:地下水系统防污染性能较差或差, 相对较重要的分散供水源区, 污染源分布较多, 地下水已产生明显污染, 微量有机污染主要为星点状发生或仅在局部发生的地区。
一般防护区:地下水系统防污染性能较差或中等, 污染源分布较少, 地下水点状污染, 供水量较少地区。防护性能差, 但基本没有污染源的地区和防护性能好, 污染源多, 且有污染发生的划归此区。
自然防护区:地下水系统防污染性能好、较好或中等, 污染源分布零星, 地下水基本未污染, 供水量小且分散分布的地区。
在上述原则指导下, 完成地下水污染防治区划工作及区划图的编制。
3 地下水防污染性能评价
采用上述评价因子、因子的分级标准、因子的权重、DRASTIC指标计算方法进行评价。得出酒泉市城区地下水防污染性能共分为地下水系统防污染性能较差 (Ⅱ) 、地下水系统防污染性能中等 (Ⅲ) 、地下水系统防污染性能较好 (Ⅳ) 三个级别区 (图1) :
地下水系统防污染性能较差区 (Ⅱ) :DRASTIC防污染性能指标为79-60, 该区呈条带展布于北大桥以东北大河河漫滩区, 地貌上属单一结构为主的河漫滩区, 以及泉湖乡东部一带, 面积4.1km2, 表层以全新统冲积砂砾石及亚砂土为主。该区地下水位埋深小于10m, 净补给量介于8-28mm/a, 含水层为砂砾卵层, 地形坡度小于6%-8%。该区污染源较多, 有机污染呈点状发生, 在地下水污染防治规划中, 可划为修复治理防护区。
地下水系统防污染性能中等区 (Ⅲ) :DRASTIC防污染性能指标为59-40, 主要分布于城区至东南部农垦局拖修厂、南部及西部戈壁滩一带, 面积14.3km2, 地下水位普遍大于10m, 净补给量<8mm/a, 含水层为砂砾卵层, 细土平原表层土以砂质壤土为主, 戈壁地带表层为砂砾石, 地形坡度7.7%-18.5%。西部戈壁滩地下水量丰富, 水质较好, 在地下水污染防治规划中可划为重要地下水水源地保护区, 其余地段可划为一般防护区。
地下水系统防污染性能较好区 (Ⅳ) :DRASTIC防污染性能指标为39-35, 主要分布于城区西南西峰乡、西洞乡及北部果园乡一带, 面积7.5km2, 地下水位普遍大于10m, 南部地带大于100m, , 净补给量<8mm/a, 含水层为砂砾卵石层, 表层土以砂质壤土为主, 地形坡度小于7.2%—18.5%。在地下水污染防治规划中可划为自然防护区, 集中开采水源地及保护范围应划为重要地下水水源地保护区。
4 结论
1) 评价得出, 酒泉市规划城区地下水防污染性能可分为:
防污染性能较差、防污染性能中等、防污染性能较好三个级别区, 在地下水污染防治规划中可划为:修复治理防护区、一般防护区及自然防护区。区内地下水系统防污染性能整体较好。
2) DRASTIC地下水系统防污染性能综合指标的主要影响因子为:
地下水位埋深、包气带岩性及含水层净补给量。地下水埋藏越浅、包气带地层颗粒越大、含水层净补给量越大, 地下水系统防污染性能综合指标越高, 即地下水越易受到污染, 反之地下水越不易受到污染。
参考文献
防污特性 篇6
据了解, 生活在海洋中的大型动物和大型贝类表面均没有海生物附着, 海洋生物的防污本领远超出人们的想象。比如, 鲨鱼表皮并不是完全光滑的, 而是由许多细小的鳞片构成, 称为盾鳞微沟槽结构, 在防止污损海生物附着的同时, 还能够有效降低与海水的摩擦阻力。海豚的表皮能够分泌出特殊的黏液, 螃蟹能够分泌出多种生物酶, 通过各种不同的途径来达到防污的目的。
目前科研人员通过模仿这些海洋生物的“本领”, 来制造仿生防污材料。一是研究开发具有特定表面性能的高分子材料, 对大型海洋动物的表皮状态进行模仿;二是从海洋生物中提取天然的防污活性产物, 在不污染海洋环境的前提下达到防污目的。
记者从海洋涂料国家重点实验室获悉, 针对海豚的表皮具有很好的弹性, 并且表面的黏液能够形成一层“隔离保护层”这一现象, 该实验室开发出了有机硅弹性体仿生防污涂料。有机硅与海豚表皮的弹性非常相似, 并且具有很低的表面能, 表面能低的物体非常不利于污损海生物附着, 即使勉强附着上去, 其附着力也很低, 利用船舶航行时产生的水流剪切力就可以将它们清除掉。
这种仿生防污涂料还同时具备多种“防污武器”。第一种就是在涂料里加入小分子硅油, 这些硅油会慢慢地从涂层里释放出来, 带走附着在表面的污损海生物, 就像海豚的皮肤一样。但这种硅油毕竟是人工添加进去的, 不能像海洋生物一样永久分泌。既然不能长期分泌黏液, 就直接将黏液锁定在涂层的表面, 这就是仿生防污涂料的第二种武器。在仿生防污涂层的表面植入密度合适的亲水性纤维, 这些纤维具有很好的吸水性, 伸展在涂层的表面时就会将一层薄薄的水分锁住。污损海生物是不能附着在水上的, 这就达到了防污的目的。不仅如此, 这种仿生防污涂料还具有良好的减阻性能, 能够有效降低船舶与水的摩擦阻力, 从而节约燃油消耗。与传统防污涂料相比, 其减阻率可达到7%左右, 对于船舶这种油耗大户来讲是非常可观的。仿生防污涂料不仅对海洋环境没有任何污染, 同时还能够为船东节约大量的燃油。
当前, 国家正在积极响应国际海事组织提出的《国际控制船舶有害防污底系统公约》和联合国提出的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》, 环保部也制定了防污涂料的环境标志产品技术要求, 海洋涂料国家重点实验室正在积极地将这种新型的仿生防污涂料产品推向市场, 但这需要得到用户对环保性以及经济性的认可, 也需要得到国家对环保型防污涂料的大力支持。同时, 这都为这种新型仿生防污涂料的推广应用提供了良好的发展契机。