超塑化剂（共6篇）
超塑化剂 篇1
0前言
为了使超塑化剂发挥更大更强的效能，同时达到技术和经济的目的，许多专家和学者对水泥与超塑化剂之间的作用机理作了深入的研究，以便根据水泥品种的变化合理选用超塑化剂或复合外加剂，更好地控制混凝土的性能[1]。
混凝土化学外加剂通常为表面活性剂，具有表面吸附作用、分散作用、湿润作用、起泡与消泡作用。不同的表面活性剂因其分子结构不同，对水泥水化所产生的影响也各不相同。例如，羟基类化合物中的醇类同系物，随着羟基数的增多，它们对水泥的缓凝作用越来越强;羧酸在水泥浆体系中，随着生成不溶性的盐类，使水泥水化速度减慢，但某些羧酸盐则对水泥水化硬化具有促进作用，此外，随着烷基的增大，羧酸及羧酸盐的表面活性作用、憎水作用增强;羟基羧酸、氨基羧酸及其盐类则能显著抑制水泥的初期水化，有效地提高新拌混凝土的塑性和混凝土后期强度;磺酸盐类的阴离子表面活性剂，易被水泥颗粒吸附，可对水泥产生分散、缓凝作用。
关于超塑化剂对水泥早期水化的影响，虽已有研究报道[2,3,4]，但研究工作尚待深入。本文通过背散射电子图像和灰度分析，用特定灰度值范围表征不同的水化产物，以甄别不同品种超塑化剂的作用机理。
1 试验
1.1 原材料
水泥：纯熟料硅酸盐水泥，化学组成如表1所示。熟料中C3S、C2S、C3A和C4AF含量分别为60.96%、15.85%、8.71%和10.99%。
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超塑化剂：以三种典型超塑化剂作为研究对象，一为萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂(PNS);二为PCE-1聚羧酸减水剂，由甲基丙烯酸、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯大单体、烯基磺酸盐共聚而成;三为PCE-2聚羧酸减水剂，由马来酸、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯大单体、苯乙烯共聚而成的标准型聚羧酸盐减水剂。三种减水剂均按有效成分占水泥质量的0.2%掺用。
水：自来水。
1.2 试样制备
称取300g水泥和87g水，减水剂掺量以有效成分计为水泥质量的0.2%，称好的减水剂预先溶于水。试验使用符合ISO标准的自控净浆搅拌机搅拌，采用慢速搅拌2min→静置15s→快速搅拌2min的搅拌制度。搅拌结束后立即将水泥浆体装入100ml塑料杯中，轻轻振动杯底，直至无气泡逸出，在杯口覆盖塑料薄膜，经标准养护24h取出，敲取粒径约1cm的试样，浸泡于无水乙醇中中止水化。再用烘箱于(105±5)℃烘干，取出放在干燥器内。试验前进行抛光、真空干燥和喷金处理，使用日产JSM5610LV SEM分析仪进行观察。
2 试验结果与分析
2.1 背散射电子（BSE）图像转换
根据BSE图像的亮度不同，可区分试样不同的相：未水化水泥最亮，CH呈浅灰色，C-S-H呈中等灰度，水化硫铝酸盐等呈深灰色，毛细孔最暗[5,6]。通常利用灰度柱状图(不同灰度的像素分布图)分析水化体系各相组成，如图1[5]所示。图1中由右(高灰度值)向左，峰值分别对应未水化水泥颗粒、CH、C-S-H和其它相。
试验测得的水灰比(w/c)为0.29的纯水泥浆及掺PNS、PCE-1、PCE-2的浆体BSE图像示于图2，图像的放大倍数为1000倍。利用相关图片处理软件，对BSE图像进行分割处理，分离未水化水泥颗粒、C-S-H相和CH相，余留部分为其他相和毛细孔，得到图3的结果。图3中的(a)、(b)、(c)、(d)与图2中的(a)、(b)、(c)、(d)一一对应。
2.2 水泥浆体早期水化产物灰度特征
对图3进行数值转换，得到一系列像索-灰值数据。参照文献[7,8]，选取灰度值30～100之间进行作图，示于图4。
由图4可见，未掺外加剂的对比试样对应的灰度峰值分别为38、43、51、60、62、65、72、74、76、78、80、82、87、90、92、97、116;掺萘磺酸盐缩聚物的试样对应的灰度峰值分别为33、46、58、62、80、92、100;掺PCE-1的试样对应的灰度峰值分别为33、37、42、68、71、77、80、85、93、100、106、115;掺PCE-2的试样对应的灰度峰值分别为33、35、41、55、65、90、92、94、96、101、110。由此可见，掺三种超塑化剂的试样与对比试样相比，都增加了数值为33的峰值，这可能是微孔的作用，也可能是某种具有较低平均原子序数物质生成的，需通过其他测试手段加以证明。同时，掺超塑化剂使某些产物的峰值更加突出或消失：PNS促进了低灰度值产物的形成，但削弱了灰度值62～80之间的产物和灰度值92～116之间产物的形成;PCE-1促进了灰度值82～90之间的产物和灰度值92～116之间产物的形成，但抑制了灰度值62-80之间的产物;PCE-2对水泥水化的作用最具特色，促进了灰度值92～110产物的形成，但抑制了灰度值65～90之间较大范围内的产物形成。
根据计算，平均原子序数由小到大的顺序为：AFt(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)略小于AFm(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)
3 结论
(1)超塑化剂对水泥早期水化具有一定影响。萘磺酸盐缩合物促进水泥水化，但不改变水化物结构，聚羧酸盐则使水泥水化物结构发生改变。
(2)利用BSE图像和灰度值分析，可定性表征水泥早期水化。
摘要：对掺萘磺酸盐缩合物减水剂和两种聚羧酸减水剂的水泥浆体水化24h的微观形貌进行了背散射电子图像测试及灰度值分析,发现超塑化剂对水泥早期水化具有重要影响,掺不同超塑化剂的水泥早期水化产物有所区别。试验同时还得出可利用灰度值来表征掺超塑化剂水泥的早期水化产物的结论。
关键词：混凝土外加剂,减水剂,水泥水化,背散射电子图像
参考文献
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超塑化剂 篇2
随着现代建筑设计与施工技术的发展,要求混凝土向高强、轻质及施工流态化方向发展。高性能超塑化剂作为一种化学外加剂,已成为配制高性能混凝土必不可少的组份,它可以最大限度地控制混凝土的用水量,提高混凝土的耐久性,克服普通混凝土坍落度损失过快的缺点,缩短凝结时间等。
然而,混凝土外加剂在经历了快速发展及大规模推广应用后,始终困扰业内技术人员的难题依然是外加剂与水泥品种的适应性问题。几乎所有品种的外加剂与水泥之间都存在适应性问题。以目前使用最为普遍的减水剂为例,当其与水泥产生不适应性的时候,会非常明显地表现出流动性变差、减水率降低、坍落度损失过快等,而至今还没有一种通用减水剂能适应所有的国产水泥品种。
聚羧酸系减水剂作为第三代新型混凝土高效减水剂,因其相对于萘系高效减水剂具有高减水率、低收缩、高强度、低泌水和坍落度损失小等优点,其生产和应用技术发展很快。目前,国内从事聚羧酸外加剂研发、生产、供货的单位有几十家,主要产品达十几种。北京、上海、天津、广州等城市的许多预拌混凝土搅拌站,都已经应用或正在尝试使用聚羧酸外加剂配制混凝土。起初,聚羧酸外加剂主要用于配制高强、自密实、高流态等特种和高性能混凝土。随着聚羧酸外加剂生产和应用技术不断提高,产品逐渐系列化,成本逐渐降低,聚羧酸外加剂同样可用于配制中低强度的高性能混凝土。随着聚羧酸外加剂的推广应用,对其性能特点的认识也不断深化,即聚羧酸外加剂同样也存在与混凝土中的其它材料(尤其水泥)的适应性问题。了解不同聚羧酸外加剂产品与不同水泥品种的相容性特点,对正确使用和充分发挥聚羧酸外加剂的性能有重要意义。
水泥与超塑化剂之间的相互作用是一种非常复杂的物理化学现象,必须做严谨的分析。只有充分了解水泥、熟料以及超塑化剂的物理和化学性能,才可以分析这种水泥与超塑化剂作用下浆体的流变行为。而目前国内对水泥和高效减水剂之间适应性的研究还很少,一般都是根据现场情况进行调整,因此,开展此方面的研究对高效减水剂的合理使用及其推广应用意义重大。
1 新型羧酸系梳形共聚物超塑化剂的分子结构特征
羧酸系梳形共聚物根据其主链结构的不同可以分为2类[1,2]:即I类以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链,接枝不同侧链长度的聚醚;II类以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚。其中I类又分为:(1)主链上带有COO-基团,聚氧乙烯(PEO)侧链以COO酯键相连;(2)主链上带有COO-基,而PEO侧链以CON酰亚胺键形式相连[3];(3)主链上带有COO-基团外,还带有磺酸根基团,而PEO侧链仍以COO酯键形式相连[4,5]。II类分为:马来酸酐和烯丙醇醚的共聚物[6,7]、苯乙烯和马来酸酐共聚物与单甲基聚醚的接枝物[7]。这些梳形共聚物共同的结构特征是:主链上都含有羧酸基吸附基团,侧链上链接有PEO提供空间位阻,不同长度的聚醚侧链或长短不同的聚醚侧链进行组合,在水泥颗粒上的吸附行为就不同,提供的位阻效应也不同,其分散性能也截然不同。
正是由于羧酸系梳形共聚物化学结构上的多变性,高性能化的潜力大,才引起了世界各国学者的广泛关注。这些聚合物可以通过改变主链化学结构、侧链聚醚种类和长度、主链分子量大小及分布、离子基团含量来实现聚羧酸外加剂的高性能化。图1表示聚醚侧链长度不同的梳形共聚物分子结构图像[8],短侧链的梳形共聚物空间位阻作用较弱,分散性能较差,但保坍性能优异;长侧链聚醚的梳形共聚物空间位阻效应强,分散效果好,但流动度损失快。长短不同的侧链进行组合可以改变其在水泥颗粒界面的行为,既能显示出较高的初始流动性,也具有良好的坍落度保持能力[5]。
2 外加剂与水泥适应性的主要影响因素
2.1 水泥的矿物组成
水泥的矿物组成因生产厂家在原材料、生产工艺等方面存在差别而有所不同。我国大中型水泥厂水泥熟料的主要成分波动很大,C3S含量可以相差1倍以上,C3A含量则可能相差6倍。就是同一厂家的水泥熟料其矿物成分也会有所波动,据某年调查,C3S波动在±2.5%以内的厂家有50%以上,C3A波动在±1%以内的厂家有70%以上。陈建奎[9]通过对水泥熟料矿物组分C3S、C2S、C3A、C4AF对木钙分子的等温吸附的研究表明,他们对木钙减水剂的吸附程度为:C3A>C4AF>C3S>C2S,可见,铝酸盐相矿物对木钙的吸附程度大于硅酸盐相矿物。由于C3A对木钙的选择吸附,使得吸附量显著增加,这样就会降低减水剂的减水作用。因此,在掺量相同的情况下,C3A、C4AF含量较高的水泥浆体中,减水剂的分散效果就较差,C3A含量低而C3S含量高的水泥对木钙类减水剂的适应性好。四大矿物组分对萘系和聚羧酸系减水剂的吸附程度有待进一步研究。
2.2 水泥中的调凝石膏
在粉磨水泥熟料时,一般都掺加一定量的石膏共同磨细,在此,石膏起调整水泥凝结时间的作用。由于粉磨过程中,磨机内温度升高,使一部分二水石膏脱去部分结晶水转变为半水石膏,或脱去全部结晶转变为无水石膏。另外,有些水泥厂为节省生产成本,往往采用硬石膏(无水石膏)或工业副产品石膏(也是无水石膏)代替二水石膏作为水泥调凝剂,按照有关水泥标准进行产品检验时一般区别不大。但当掺外加剂时,有时却表现出大相径庭的塑化效果,尤其是以无水石膏作为调凝剂的水泥遇到木钙、糖钙减水剂时,会产生严重的不适应性,不仅得不到预期的减水效果,而且往往会引起流动度损失过快甚至异常凝结(速凝、假凝)。
由于石膏结晶形态不同,其对木钙、糖钙类减水剂的吸附能力也不同,顺序为:Ca SO4>Ca SO4·1/2H2O>Ca SO4·2H2O。在以无水石膏为调凝剂的水泥中掺加木钙或糖钙减水剂,再与水一起拌和时,无水石膏表面立即吸附大量的木钙或糖钙分子,形成减水剂吸附膜层,该膜层将无水石膏严密地包围起来,使之无法溶出水泥浆体所需的SO42-离子,也就无法快速地在表面形成大量的钙矾石,因而造成C3A大量水化,出现相当数量的相互连接的水化铝酸钙结晶体,这一结果轻者导致混凝土坍落度损失过快,重者导致混凝土异常快凝。石膏对水泥和外加剂适应性的影响主要有以下4个方面:
(1)石膏细度。石膏细度不够,使石膏溶解度不够,产生速凝。
(2)石膏用量。石膏用量不够,不能有效控制C3A水化。
(3)石膏形态和种类。一般在混凝土中Ca SO4·2H2O的调凝效果优于Ca SO4·1/2H2O和硬石膏。水泥中石膏形态对减水剂使用效果的影响与水泥中C3A的质量分数有关,当C3A质量分数高时影响较大,反之则小。影响水泥和高效减水剂流变性的关键参数是带正电的空隙相活动区的数量和快速可溶的SO42-之间的平衡。如果这两个数值的平衡状态适当,则外加剂与水泥具有很好的适应性。
(4)石膏研磨温度。通常情况下水泥厂为了缩短熟料的冷却时间,经常将温度还比较高的熟料与石膏同磨,二水石膏在150℃高温下会脱水成为半水石膏,在160℃以上时,半水石膏还会成为溶解性较差的硬石膏而影响水泥的适应性。
2.3 水泥细度和水泥的颗粒形态
水泥颗粒对减水剂分子具有比较强的吸附性,在掺加减水剂的水泥浆体中,水泥颗粒越细,意味着其表面积越大,则对减水剂分子的吸附量越大。所以,减水剂在相同掺量情况下,水泥细度越细,其塑化效果越差。一些生产厂家为追求水泥的强度,往往提高水泥的细度,对于这类水泥,为了达到较好的塑化效果,必然增加减水剂的掺量。
水泥颗粒表面的形态影响水泥表面各相生成物的数量和性质。水泥表面生成物主要有2种形式:一是带正电荷的空隙相;二是带负电荷的硅酸盐熟料矿物相。水泥颗粒除了表面形态不同外,颗粒中C3A的晶态结构也是不相同的(常常把C3A的晶态结构假定为2种:立方体状和斜方晶状)。而不同晶态结构的水泥颗粒与水反应的情况也不同。
2.4 水泥中的混合材
目前我国80%以上的水泥都掺加一定量的混合材,如火山灰、粉煤灰、矿渣粉和煤矸石等。由于混合材的品种性质和掺量不同,减水剂的作用效果也不相同。试验表明:减水剂对掺加粉煤灰和矿渣作为混合材水泥的塑化效果较好;而对掺加火山灰或煤矸石作为混合材水泥的塑化效果较差,若要达到相同的减水效果,需增大减水剂的掺量。
2.5 水泥的碱含量
水泥中的碱含量主要来源于所用原材料,特别是石灰和黏土,这些碱相当一部分可以在水泥生产过程中挥发,但许多水泥厂为了节约能源,将挥发的废气进行回收利用,这就会使挥发的碱又沉淀下来,从而增加水泥的碱含量。
碱含量对水泥与减水剂的适应性会产生很大的影响。随着水泥碱含量的增大,减水剂的塑化效果变差。水泥碱含量提高还会导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。
2.6 水泥的陈放时间和温度
水泥陈放时间越短,减水剂对其塑化作用效果越差。因为新鲜水泥的正电性较强,对减水剂的吸附能力较大。水泥的温度越高,减水剂对其塑化作用越差,混凝土的坍落度损失也越快。
3 试验部分
水泥熟料的矿物组成对坍落度经时损失有很大的影响,但考虑到熟料矿物组成的调整将涉及熟料烧成制度的变化,对工艺控制影响较大,因此,本课题组尝试在不改变熟料矿物组成的条件下,力求通过调整水泥组成中石膏的形态和掺量,对水泥与聚羧酸系超塑化剂相容性问题进行研究,主要考察其对水泥净浆流动度经时损失的影响。
3.1 试验原材料
试验所用的水泥由不同种类的石膏分别与熟料混合粉磨制成,比表面积为3741 cm2/g,熟料的化学组成见表1。外加剂为江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸系超塑化剂,掺量为1.0%。
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采用德国SYMPATEC公司生产的HELOS-SUCELL干湿两用激光粒度仪对水泥粒径及其分布进行测试(湿法);Blaine比表面积采用无锡建仪仪器机械有限公司生产的SBT-127型数显勃氏比表面积仪测试。结果见表2。
3.2 试验方法
水泥净浆流动度按照GB 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试,水灰比为0.29,减水剂掺量为水泥质量的1.0%,测试初始净浆流动度及1 h时的净浆流动度。
净浆流动度经时损失率是以净浆浆体搅拌结束时的流动度作为初始流动度,此后每隔1 h测试1次,计算各水化龄期流动度经时损失率。为防止水分蒸发,每次测试完毕后将水泥浆体密封放置。
4 试验结果与讨论
4.1 石膏掺量的影响
分别采用相同形态不同种类的石膏E和石膏P,配制水泥,考察石膏中SO3含量对水泥净浆流动度及1 h流动度损失的影响(见表3)。
由表3可知:
掺石膏E的水泥样品,在固定水灰比和外加剂用量的情况下,随水泥中SO3含量的增加,流动度不断减小,流动度经时损失率逐渐增大。
掺石膏P的水泥样品,在固定水灰比和外加剂用量的情况下,随SO3含量的增加,净浆流动度逐渐增大,流动度经时损失率也逐渐增大。同时,在相同条件下,掺石膏P的水泥样品,其流动度经时损失率要高于掺石膏E的样品。
4.2 石膏形态的影响
为了考察石膏形态对水泥净浆流动度及经时损失的影响,选取石膏E和石膏P,以及另外一种无水石膏Y进行实验。试验过程中,分别对这3种石膏按照一定的比例进行复配,然后与水泥熟料一起粉磨,并控制相同的细度。试验结果见表4。
由表4可知:
石膏E和石膏P复配的水泥样品,在固定水灰比和外加剂用量的情况下,随SO3含量的增加,净浆流动度逐渐增大,同时1 h流动度经时损失率也逐渐增大。
石膏P和石膏Y复配的水泥样品,在固定水灰比和外加剂用量的情况下,随SO3含量的增加,流动度经时损失率逐渐增大;并且,石膏P与石膏Y按照一定比例复配的样品的1 h流动度损失率大于单掺石膏P的样品。
石膏E和石膏Y复配的水泥样品,随水泥中SO3含量的增加,净浆流动度减小,流动度经时损失率逐渐增大。但是石膏E和石膏Y复配后的样品要比单掺石膏E的样品损失率大。
5 结 语
(1)水泥组成中石膏对净浆流动度损失的影响非常大,各种不同形态不同种类的石膏对净浆流动度的影响也各有不同。
(2)石膏含量的增加会加快水泥净浆流动度的损失。
(3)相同形态不同种类的2种石膏,分别与同一种类的无水石膏复配后,其损失率大大增加。
(4)如何通过聚羧酸系超塑化剂分子结构的改性,来提高水泥和聚羧酸系超塑化剂之间的相容性还有待进一步研究。
(5)为更好地服务于实际工程,深入开展混凝土外加剂与水泥适应性问题的研究,并针对具体问题寻求必要而有效的技术措施是相当重要的。
摘要：通过调整石膏含量和形态,考察水泥中调凝石膏对水泥与聚羧酸系超塑化剂相容性的影响,提出可以通过对聚羧酸系超塑化剂进行分子结构改性,来提高水泥和聚羧酸系超塑化剂之间的相容性。
关键词：聚羧酸系,超塑化剂,水泥,石膏,相容性
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超塑化剂 篇3
吸附行为是高分子分散剂(或称减水剂)与水泥颗粒发生作用的第1步,也是产生其它界面物理化学作用的基础。聚羧酸系超塑化剂的分散减水作用正是由于减水剂在水泥颗粒及其水化产物表面的吸附引起的,减水剂分子结构中含有很多官能团如—SO3H、—OH、—COOH、—NH2等,它们可以吸附在水泥颗粒或其水化产物表面,形成一定厚度的吸附层和一定的吸附形态,从而大大改变了固液界面的物化性质和颗粒之间的作用力[1],破坏了水泥颗粒之间的絮凝结构,使水泥粒子暂时处于均匀分布的稳定状态,改善了新拌水泥混凝土的结构及均匀性,改变了新拌水泥浆的流变特性。用界面化学的基本理论研究聚羧酸系超塑化剂在水泥颗粒表面的吸附特性及其影响规律,可以从根本上了解聚羧酸系超塑化剂的作用机理。
聚羧酸系超塑化剂在水泥颗粒上的吸附行为不但与分散剂的侧链链长、主链链长和离子基团含量等因素有关,而且还受到溶液中离子的种类和浓度、水泥矿物组成和细度等的影响,SO42-、Ca2+是影响吸附性能的关键因素。因此,阐明聚合物分子结构和无机盐离子对水泥吸附性能的影响以及吸附机理非常必要,不但可以指导高性能混凝土外加剂的开发,而且有利于从分子设计的角度解决外加剂的适应性难题。本文研究不同形态和不同掺量石膏对聚羧酸系超塑化剂在水泥表面的吸附行为,考察SO42-对其影响。
1 影响聚羧酸系超塑化剂-水泥吸附行为的主要因素
吸附是一个非常复杂的过程,并且是一个与脱附同时进行的动态平衡过程,因此影响吸附的因素很多。对于水泥颗粒来说,其表面是超塑化剂吸附的场所,其表面状态(表面积、孔隙率、极性、表面能、表面活性点的数目等)会对吸附产生重要影响。对于减水剂来说,其化学结构(相对分子质量大小及其分布、支链长度、支链状态、官能团位置、电荷密度等)直接决定其吸附活性和吸附强度。同时,溶液的外界环境(p H值、环境温度等)以及颗粒的水化也会对吸附产生影响。
1.1 水泥矿物组成
水泥颗粒与减水剂分子之间的相互作用主要是“吸附-分散”过程,任何吸附过程都是以多种吸附作用进行的。减水剂在水泥颗粒表面的吸附本质,主要是水泥矿物通过分子间力、化学键力、氢键、静电引力等吸附减水剂分子降低表面能。在水泥颗粒表面分布着大量凹凸不均的点,存在不同矿物成分、矿物表面上的杂质、晶格缺陷,一些原子和离子具有未饱和的价键,构成一系列吸附活性中心点,在水泥颗粒表面可以形成吸附减水剂的高能区域和低能区域及不同电性的区域。有研究结果表明[2],不同水泥矿物对同一种减水剂的吸附速度和吸附量不同,其顺序为C3A>C4AF>C3S>C2S。
1.2 可溶性碱式硫酸盐
硫酸根对控制水泥的早期水化速率起着至关重要的作用,同时对减水剂的吸附也有较大影响。Kima等[3]研究了硫酸根对萘系减水剂(PNS)吸附行为的影响。对于可溶性碱含量较低的水泥,萘系减水剂与水泥及其产物作用而很快被消耗。但当碱式硫酸盐加入后,硫酸根离子将通过与减水剂竞争吸附点而抑制萘系减水剂在铝酸盐相上的吸附,降低其在C3A相上的吸附量,而使更多的减水剂留在液相或者吸附在含量最大的硅酸盐相上,分散效果更好。Jiang与Kima[4]的研究也表明,萘系减水剂的吸附能力受可溶性碱的影响很大,加入硫酸钠是行之有效的控制碱含量的方法。硫酸钠对水泥与超塑化剂相容性的影响较大,当掺加萘系减水剂时,适量加入硫酸钠可以进一步改善减水剂的作用效果,硫酸钠的最佳掺量相当于0.4~0.5(质量分数)的Na2O时,水泥浆体的流动度最大,坍落度损失最小。
此外,减水剂掺法(包括前掺、同掺、后掺等)不同,其吸附行为也不同,导致其减水效果也有差异。
2 试验部分
2.1 试验材料
试验所用的水泥由不同形态、不同种类的石膏分别与熟料混合粉磨制成,E、P为二水石膏(E为普通二水石膏,P为磷石膏),W为无水石膏,熟料化学组成见表1;外加剂为江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸系超塑化剂。
%
2.2 水泥粒度和比表面积分析
采用德国SYMPATEC公司生产的HELOS-SUCELL干湿两用激光粒度仪对水泥粒径及其分布进行测试。勃氏比表面积采用无锡建仪仪器机械有限公司生产的SBT-127型数显勃氏比表面积仪测试,结果见表2。
2.3 吸附研究
(1)吸附试样的制备
水泥悬浮液:称取10 g水泥试样加入到浓度为0.1%的20m L聚羧酸系超塑化剂溶液中,摇动充分混合后置于恒温箱(20℃)内5 min后,用吸滤器滤出液体部分,将滤液分别倒入离心管中,采用高速离心机离心分离滤液(转速13 000 r/min,5 min),收集离心管上部清液作浓度测试。
(2)吸附量的测试
吸附量是衡量减水剂吸附能力的重要参数之一,本试验采用德国耶拿公司生产的总有机碳分析仪Multi N/C 3100来测试滤液中有机碳的含量,从分散剂添加总量中减去滤液中通过有机碳(扣除空白浆体中有机碳)计算出的分散剂量就得到分散剂被胶凝材料颗粒吸附的吸附量(表观吸附量),表观吸附量与空白浆体本身吸附量的比值即为吸附率。
3 试验结果与讨论
3.1 石膏掺量对吸附行为的影响
本试验采用不同形态和不同种类的石膏W、E和P复配或单掺,复配试样中2种石膏质量比为1∶1,与水泥熟料一起粉磨,配制成不同水泥样品进行试验,以考察水泥中SO3含量对吸附行为的影响,吸附时间均为5 min,聚羧酸系超塑化剂溶液稀释倍数为50倍。
由表3可知,对于相同稀释倍数(50倍)的聚羧酸系超塑化剂在相同吸附时间(5 min)内,采用石膏E与W等比复配的水泥样品中,SO3含量为2.5%的样品比1.5%的样品吸附率减小了0.55%;单掺石膏P的水泥样品,SO3含量为2.5%的样品比1.5%的样品吸附率减小了2.18%;采用石膏P与E等比复配的水泥样品中,SO3含量为2.5%的样品比1.5%的样品吸附率减小了2.31%;采用石膏P和W等比复配的水泥样品中,SO3含量为2.5%的样品比1.5%的样品吸附率减小了0.90%;对于单掺石膏E的水泥样品,SO3含量为2.5%的样品比1.5%的样品吸附率减小了0.69%。
由此可知,水泥中石膏的含量,即SO3含量对聚羧酸系超塑化剂在水泥表面的吸附量和吸附率有较大的影响。随着SO3含量的增加,聚羧酸系超塑化剂在水泥上的吸附量和吸附率逐渐减小。
3.2 石膏形态对吸附行为的影响
为了考察石膏形态对聚羧酸系超塑化剂在水泥上吸附行为的影响,分别将不同形态、不同种类的石膏W、E、P进行复配,并和熟料一起粉磨,配制成水泥样品进行试验。图1是相同浓度的聚羧酸系超塑化剂(稀释100倍)在SO3含量均为2.5%的水泥样品上吸附5 min的吸附率。
由图1可知,单掺E的试样吸附率最小,其次是P和E复配的试样、E和W复配的试样、单掺P的试样、W和P复配的试样。由此可见,二水石膏的吸附率最小,只要一掺入无水石膏,其吸附率就会增加。
为考察其重复性,本试验还考察了同样的样品在稀释20倍的聚羧酸系超塑化剂中的吸附率,结果见图2。
由图2可以看出,对于掺不同种类和不同形态石膏的水泥,SO3含量为2.5%时,将聚羧酸系超塑化剂稀释20倍,5min的吸附率大小依次是:PW>P>EW>EP>E,试验结果的重复性良好。
石膏结晶形态的不同,对聚羧酸系超塑化剂的吸附能力也不相同,吸附能力大小为:Ca SO4>Ca SO4·1/2H2O>Ca SO4·2H2O。硫酸盐的加入,在阻碍了聚合物吸附的同时,可能会使聚合物的侧链收缩。硫酸根离子和聚羧酸系超塑化剂存在竞先可吸附的关系,硫酸盐的含量提高可显著降低聚羧酸减水剂的流动性和分散性能,当水中含有大量的硫酸根离子时,可使聚羧酸外加剂中的侧链产生收缩,进而减弱了侧链的体积排斥效应。我们可以通过分子结构改性和加入不同的无机盐(以此改变硫酸根离子的量)来提高水泥和聚羧酸系超塑化剂之间的适应性。
4 结论
(1)随着SO3含量的增加,聚羧酸系超塑化剂在水泥上的吸附量和吸附率逐渐减小。
(2)无水石膏的加入使聚羧酸系超塑化剂在水泥上的吸附率增大。
(3)相同形态(均为二水石膏)、不同种类的石膏吸附率不同,磷石膏的吸附率更大。
参考文献
[1]瞿金东,彭家惠,陈明凤.减水剂在水泥颗粒表面的吸附特性研究进展[J].建筑材料学报,2005(8):410-416.
[2]黄苏萍,肖奇,张清岑,等.嵌段型超分散剂在固/液界面的吸附机理[J].中南工业大学学报,2002,33(1):41-44.
[3]KIMA B G,JIANG S P,JOLICOEUR C.The adsorption behavior of PNS superp1asticizer and its relation to fluidity of cement paste[J].Cement and Concrete Research,2000,30(6):887-893.
超塑化剂 篇4
国际上自20世纪30年代开始使用混凝土外加剂,我国自上世纪50年代开始研制和少量使用混凝土外加剂;20世纪70年代外加剂行业开始兴起;经过近30年的努力,我国的外加剂行业已经得到长足的发展。1990年,美国学者提出了高性能混凝土(HPC)的概念,超塑化剂是高性能混凝土中必不可少的组分,而高性能是混凝土材料发展的必然趋势[1～2]。
混凝土的耐久性是指混凝土在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种功能,或者结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力[3],是一个综合性概念,包含的内容很多,如抗渗性、抗冻性、抗碳化和抗化学侵蚀等性能。混凝土管桩主要应用于建筑物基础等地下工程,易受到土壤中的侵蚀性物质(盐碱等)的侵蚀,造成管桩混凝土性能的下降,甚至造成严重的工程事故,因此有必要对管桩混凝土的耐久性进行深入的研究。
1 原材料与混凝土配合比
1.1 原材料
(1)水泥:安徽产P·Ⅱ52.5水泥,3d抗压强度27.6MPa,抗折强度5.8MPa;28 d抗压强度57.3MPa,抗折强度9.6MPa。
(2)砂:机制砂,细度模数Mx=3.4,含泥量0.7%,满足Ⅱ区级配。
(3)石:玄武岩碎石,5～20 mm连续级配,含泥量0.3%,针片状含量7.2%,压碎值6.3%。
(4)外加剂:日本产减水剂MD-150,掺量2.0%(折合固体掺量0.80%);自行研制的TCR-Ⅰ型耐腐蚀早强超塑化剂,主要成分为无机密实促凝剂,无机和有机活性激发剂,有机表面活性剂及超塑化剂等。掺量1.7%～3%,本试验掺量为2.4%。
1.2 混凝土配合比
本试验按照JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》进行管桩混凝土的配合比设计,混凝土配合比见表1(JZ-1为掺MD-150外加剂的耐腐蚀管桩PHC混凝土,SJ-1为掺加自行研制TCR-Ⅰ的高耐腐蚀HPC管桩混凝土)。
2 试验方法
kg/m3
注:JZ-1组混凝土28d抗压强度为72MPa,SJ-1组混凝土28d抗压强度为80MPa。
成型后的JZ对比组混凝土先进行蒸汽养护(静停1h-升温1.5h,速度20℃±5℃/h-恒温4h,温度80℃±5℃-降温1h),脱模后进行“压蒸”养护;SJ高耐腐蚀混凝土无需“压蒸”养护,常温养护即可(常温养护制度同JZ组)。JZ组混凝土和常温养护的SJ高耐腐蚀混凝土进行抗冻性、氯离子渗透性和耐腐蚀试验。
2.1 混凝土冻融循环试验
混凝土抗冻性试验按照GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行;试验设备为北京产DTR-Ⅰ型混凝土快速冻融实验设备,冻融温度控制在(-17±2)℃和(8±2)℃之间,每次冻融循环在2～4h内完成,冻融介质为水。
2.2 混凝土抗氯离子渗透性能试验
抗氯离子渗透性能试验是目前评定混凝土抗渗性及耐腐蚀性能常用的方法,电通量采用ASTMC1202-1997《混凝土氯离子渗透电量快速测定方法》中的试验方法;氯离子扩散系数依据CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》附录B2混凝土氯离子扩散系数快速检测的NEL法进行试验。
电通量法,即ASTMC1202方法[4],是测量在6h内通过从100mm直径的芯样或圆柱体试块中切下的50mm厚混凝土切片的电量。将试件真空饱水后,在试样的两边保持60V的恒定电压,试样一边浸入0.3%NaCl溶液中,另一边浸入1.2%NaOH溶液中。以库仑表示通过的总电量值,与试块的抗氯离子渗透性能有一定关系,该法实质上是测定饱水混凝土的电导率。应用该法的基本假设是饱水混凝土的电导率值与反映混凝土孔结构特征的混凝土抗氯化物侵入性之间具有良好的相关性[5]。
NEL法是清华大学路新瀛教授基于离子扩散和电迁移提出的试验方法,实际是饱盐混凝土电导率法。它是用真空抽吸的方法来加速混凝土试件饱盐,使之成为线性元件,然后用Nernst-Einstein方程确定混凝土中的氯离子扩散系数[6],对混凝土渗透性进行快速评价,为耐久混凝土的配合比设计和混凝土质量检验提供依据。混凝土氯离子扩散系数试验结果列于表2中。
2.3 混凝土耐腐蚀试验
混凝土抗腐蚀性试验参照JTJ 270-1998《水运工程混凝土试验规程》中烘浸循环试验方法,采用尺寸为40mm×40mm×160mm的细石混凝土,粗骨料5～10 mm粒级,砂为机制砂;采用混凝土流动度180mm±5mm(跳桌法)控制细石混凝土流动度来调整用水量,以便等坍落度对比。采用小试件是为了加速干湿循环对混凝土的侵蚀作用。
腐蚀性溶液分别为5%硫酸钠溶液、3.5%氯盐溶液和1%硫酸溶液,烘浸循环制度为:将试件在70℃烘箱中烘1d,冷却1h,在腐蚀性溶液中浸泡8h,再放入烘箱中,在(70±2)℃的温度下烘15h为一次循环,反复进行30次循环后测试混凝土的强度变化率。
3 试验结果与分析
3.1 混凝土抗冻性和氯离子渗透性试验
按照2.1和2.2节中混凝土抗冻性和氯离子渗透性的试验方法进行混凝土的抗冻性和抗氯离子渗透性试验,试验结果列于表2中。
由表2中的试验结果可知:掺MD-150外加剂的JZ组混凝土经历75次冻融循环即破坏,掺TCR-Ⅰ的SJ高耐腐蚀混凝土可达到300次冻融循环,相对于对比组抗冻性提高300%,说明耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ可以显著提高管桩混凝土的抗冻性;掺入耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ的混凝土抗氯离子渗透能力明显提高,电通量试验测得通过电量仅为340C,相对于JZ对比组通过电量降低186%,NEL法测得的氯离子扩散系数为2.12×10-12m2/s,相对于JZ对比组氯离子扩散系数降低38.2%。综上,耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ可以显著提高管桩混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性,这主要是因为TCR-Ⅰ中有促密实成分,可以提高混凝土的密实程度,同时其减水成分在混凝土相同工作性条件下可以大幅降低用水量、降低混凝土的水胶比,减少了水分蒸发产生的毛细孔,从而减少了水和氯离子的渗透通道,这都有利于混凝土抗冻性和抗氯离子渗透性能的提高。
3.2 混凝土耐腐蚀试验
为了加速硫酸盐、氯盐、硫酸等侵蚀介质的侵蚀速度、增强侵蚀效果,以缩短试验周期,本试验采用细石混凝土制备小试件,试件尺寸40 mm×40 mm×160mm,采用的混凝土配合比见表3。
根据2.3节混凝土耐腐蚀试验方法进行混凝土的耐腐蚀试验,测试30次干湿循环后混凝土的强度,为便于分析,提出抗干湿腐蚀循环系数Kx与对比干湿腐蚀循环系数Kr的概念,其定义分别为:
kg/m3
注:JZ-2组(对比组)混凝土28d抗压强度为72MPa,SJ-2组(高耐腐蚀)混凝土28d抗压强度为75MPa。
Kx=30次干湿循环后混凝土强度/清水养护混凝土强度
Kr=高耐腐蚀混凝土Kx/对比组混凝土Kx
混凝土的抗硫酸盐、氯盐、硫酸溶液干湿腐蚀循环系数Kx与对比干湿腐蚀循环系数Kr试验结果列于表4中。
由表4的试验结果可知,耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ可以显著提高管桩混凝土的抗硫酸盐、氯盐和硫酸侵蚀性能,这主要与TCR-Ⅰ可以降低混凝土水胶比,提高混凝土的密实程度,改善界面过渡区的界面,在一定程度上阻止了侵蚀介质的侵入;其次,外加剂中的活性成分可与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次火山灰反应,减少了易被侵蚀的Ca(OH)2的量,从而提高了混凝土的耐腐蚀性能。
3.3 机理分析
耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ明显的抗冻性和耐腐蚀性能机理如下:
(1)耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ中含有早强成分,可以促进水泥的水化、加速混凝土早期结构的形成,提高混凝土的强度,可以使管桩混凝土无需压蒸养护即可达到高强的要求。
(2)耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ中含有促密实成分,可以提高混凝土的密实程度;同时其中的高效减水成分可以在相同工作性条件下大幅降低用水量,降低混凝土的水胶比,这均有利于提高混凝土的力学性能和耐久性。
(3)耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ中含有机活性激发剂等,能够加速水泥的水化,同时有高活性SiO2等,参与胶凝材料的二次水化反应使水化产物中C-S-H凝胶体的含量提高。同时减少了水化产物中耐腐蚀性能较差的氢氧化钙的含量,并提高了混凝土强度。
由以上分析可知,混凝土耐腐蚀早强超塑化剂是一种复合型的外加剂,同时含有有机表面活性剂及活性激发剂等,在改善混凝土密实度的同时,能够改善混凝土的界面过渡区,减少晶粒粗大的氢氧化钙的定向生长,二次火山灰效应生成的C-S-H凝胶可以提高界面的粘接力。在普通混凝土中,由于混凝土的泌水等使得骨料下缘易于积水,造成界面过渡区中孔隙较大,氢氧化钙易于再此聚集。防腐蚀外加剂可以降低界面过渡区的厚度,减少过渡区内的缺陷。这些均有利于混凝土抗冻性、耐腐蚀性的提高。
4 结论
(1)试验结果表明,与对比组相比,耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ可以显著提高管桩混凝土的耐久性,抗冻性提高3倍,电通量值降低186%,氯离子扩散系数降低38%,在硫酸盐、氯盐和酸的溶液中干湿交替腐蚀的耐蚀系数也有较大幅度的提高。
(2)耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ中含有早强成分,可以促进水泥的水化、加速混凝土早期结构的形成,提高混凝土的早期强度,可以使管桩混凝土无需压蒸养护即可达到高强度的要求。耐腐蚀早强超塑化剂TCR-Ⅰ中含有机活性激发剂等,能加速水泥的水化,同时含有高活性SiO2等,参与胶凝材料的二次水化反应,改善了混凝土中界面过渡区的结构,提高了抗压强度和耐久性能。
参考文献
[1]陈建奎.混凝土外加剂的原理与应用[M].北京:中国计划出版社,2004:1-20.
[2]Spiratos N,Jolicoeur C.Trends in concrete chemical admixture for the21st century[A].6th CANMET/ACI International Super plasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete[C].Paris:[Sn],2000:1-15.
[3]卢木.混凝土耐久性研究现状和研究方向[J].工业建筑,1997,27(5):1-6.
[4]ASTM C1202-94,Electrical lndication of Concrete’s Ability to Resisit Chloride lon Penetration.
[5]洪定海,丁建彤.混凝土抗氯化物侵入性标准测试方法的适用性[J].东南大学学报(自然科学版),2006,增刊(II):39-45.
超高效电解银催化剂的研究与应用 篇5
相对而言, 催化剂在化工产品中所担任的角色是非常重要的, 其不仅可以催化反应, 同时还会降低化工产品的数量与质量。但是, 目前的催化剂产品较多, 如何确保催化剂本身的质量和效果, 成为了化工生产的重要环节, 并且直接影响到最终的市场反应。本文主要对超高效电解银催化剂的研究与应用展开讨论。
1 超高效电解银催化剂的特点
相对于一般的电解银催化剂而言, 应用超高效电解银催化剂的过程中, 可充分减少化学反应的时间, 最终所得到的化工产品, 性质和特点也比较理想。我国是一个化工大国, 催化剂的使用虽然起步较晚, 但借鉴了很多国家的研究成果, 因此在目前的化工生产中, 并不逊色于其他的国家。
超高效电解银催化剂作为一种全新的电解银催化剂, 超高效是其重要的特点, 并且在很多方面, 都对化工产生了较大的积极意义。超高效电解银催化剂主要有如下两个特点:
1.1 再生方便
在以往的催化剂应用中, 虽然在客观上提高了化学反应的速度, 但催化剂本身的再生并不容易, 需要耗费很多的时间和操作, 因此在化工生产上, 并未得到理想的效果。经过大量的测试和优化, 超高效电解银催化剂克服了再生困难的问题。
目前, 超高效电解银催化剂在再生工作方面, 只需要将失活的电解银重新电解提纯和分散, 就能够得到比较新鲜的催化剂, 同时可以直接应用到化工生产中, 丝毫不会影响化工生产的效率和质量。另一方面, 研究发现, 由于超高效电解银催化剂再生方便, 还充分减少了贵金属银的消耗数量。
1.2 活性高、用量少、寿命长
在化工生产中, 催化剂的应用虽然可以提高生产效率, 但必须考虑到成本问题。现今, 社会对化工产品的需求量提升, 催化剂的应用也因此不断扩大。以往所使用的催化剂, 成本较高, 并且在性质上仅仅是一般水平, 如果大量的投入使用, 势必会导致化工生产陷入恶性循环。
超高效电解银催化剂具有活性高、用量少、寿命长的特点。测试发现, 将超高效电解银催化剂应用到化工产品的催化当中, 在催化完毕后, 超高效电解银催化剂的床层高度, 为原来高度的五分之一左右, 在用量方面, 也只有原来的三分之一左右, 在用量较少的情况下, 却得到了较多的化工产品, 这正是日常工作所需要的。
另外, 在同样的产量当中, 超高效电解银催化剂的空速要比原来大很多, 经过测试, 多数化工产品应用超高效电解银催化剂, 其反应的产率要比原来高出10%左右, 这样的高指标充分满足了社会上的需求。寿命方面, 超高效电解银催化剂基本上能够维持4个月, 而一般的催化剂, 仅仅维持1~3个月左右。
2 超高效电解银催化剂的应用
2.1 用于甲醛生产
任何一项催化剂的研究, 其最终的目的就是将其应用到化工产品的生产当中。甲醛是比较重要的化工产品, 但依靠以往的催化剂, 并不能得到理想的成果。将超高效电解银催化剂应用到甲醛的生产后, 甲醛的生产工作获得了很大的进步。
首先, 以往的甲醛反应产率集中在72%~74%之间, 通过运用超高效电解银催化剂, 反应产率达到了81%~86%, 并且在产量提升后, 其质量未得到太大的影响。
其次, 应用超高效电解银催化剂, 甲醛的生产工作在成本上有所降低。甲醇是甲醛的主要生产原料, 以往未使用超高效电解银催化剂时, 甲醇的用量集中在0.530吨~0.540吨, 通过催化剂的应用, 下降到了0.456吨~0.485吨, 直接将成本下降了几乎一个等级, 这就促使甲醛的生产更加高效, 符合我国化工行业的发展趋势。
2.2 用于乙醛生产
超高效电解银催化剂在很多方面均有突出的表现, 除了甲醛的生产外, 乙醛的生产也在很大程度上利用了超高效电解银催化剂, 并且在产量、质量等方面, 均得到了较大的优化。
结合多方面的成果和信息来看, 乙醛生产中应用超高效电解银催化剂后, 每批超高效电解银催化剂的用量不到原催化剂用量的三分之一, 超高效电解银催化剂的成本不到原来的四分之一。
按年产万吨醋酸的工厂估计, 仅催化剂一项, 每年可节省成本10.19万元, 节约金属银消耗100公斤。改用超高效电解银催化剂后, 现有乙醛—醋酸装置的生产能力提高18%, 每天酒精的投料量减少7吨。同时, 减少了生产过程中循环所需的水、电和汽的消耗, 以及这些酒精在循环过程不可避免的损失。根据粗略的推算, 单蒸汽的节约, 每年相当于节省燃油499吨。
3 结束语
本文对超高效电解银催化剂的研究与应用展开讨论, 在现阶段的化工生产中, 超高效电解银催化剂已经成为不可或缺的组成部分, 对多项化工产品的加工和生产, 都具有较大的积极意义。
未来, 我们应该对超高效电解银催化剂进行深入的研究, 了解配合使用催化剂的效果;如何根据不同的化工产品, 选择针对性的催化剂;如何更好的保证化工产品的成本、质量、产量等等。
摘要：电解银催化剂是日常化工生产的主要催化剂, 其自身的性质比较突出, 能够与很多的化工产品相融合, 促使化工产品在加工和生产的工作中, 能够更加顺利的进行。另外, 电解银催化剂在近几年的研究中, 不断的开拓出新, 研究出了一种超高效电解银催化剂, 该类型的催化剂, 相对于一般的电解银催化剂, 自身所具备的性质更加理想, 减少了不必要的影响, 可以直接应用。日后, 在超高效电解银催化剂的研究中, 应进一步拓展应用的范围, 加强化学生产的水平和工艺技术, 促使我国化工领域取得更大的进步。
关键词：超高效,电解银,催化剂,应用
参考文献
[1]周允红, 周晓龙, 曹建春, 樊勇军, 陈敬超.负载银催化剂的制备与应用的研究进展[J].石油化工, 2014.
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[3]海显忠, 辛文萍.工业生产甲醛装置中催化剂的讨论[J].河南化工, 2010.
超塑化剂 篇6
1 固体超强酸催化剂的概念
固体超强酸催化剂它是以烃类异构、烃类裂解以及烃类重整等具体的石油炼制过程, 烯烃聚合、醇酸酯化、芳烃酰基化以及芳烃烷基化等石油精细化工过程等一系列重要工业为基础而逐步发展起来的, 并且随着这些工业的不断发展而不断发展;其中超强酸催化剂是比浓度为百分之百的硫酸还要强的酸, 根据它存在的状态又可以分为液态和固态两种, 相对于液体超强酸催化剂而言, 固体超强酸催化剂会更容易和反应物分离, 而且由于它存在状态的原因, 它不但可以反复使用, 而且还不会腐蚀生产过程中所采用的反应器, 最大限度地减少催化剂所具有的公害, 具良好的选择性;在具体的催化反应中, 固体超强酸催化剂对酸化、醋化、醇脱水、烯烃烷基化以及烯烃双键异构化等都会具有比较高的活性[1]。
随着化学技术的不断发展, 固体超强酸催化剂从含卤素发展到无卤素, 并且随着酸的组合结构的发展, 固体超强酸催化剂逐渐形成了无卤素固体超强酸催化剂、无卤素单组分固体超强酸催化剂、无卤素多组分复合固体超强酸催化剂, 而且科技的快速发展使得是催化剂的制备得到了更好地完善, 实验经验和工业基础的发展使得固体超强酸催化剂的理论探索不断出现新的发现, 使得固体超强酸催化剂的结构表征不断得到完善和发展, 也使得固体超强酸催化剂酸性形成机理和催化反应机理不断得到研究和发展, 为更好地不断开发新的固体超强酸催化剂的催化工艺奠定了基础。
2 固体超强酸催化剂特点及类型
2.1 固体超强酸催化剂的特点
与液体超强酸催化剂相比, 固体超强酸催化剂它更好地克服了液体超强酸催化剂所有的缺点, 它不仅很容易和反应体系分离, 而且还不会腐蚀反应中所采用的设备, 后处理也比液体超强酸催化剂简单的多[2];从环境的角度来看, 固体超强酸催化剂它很少污染环境, 对环境比较友好, 比较符合如今的绿色化学发展的要求, 而且它本身的选择性也比较高;它还可以在温度较高的范围内广泛的使用, 极大地扩大了我们在热力学上进行酸催化反应的应用范畴, 更好地促进了热力学上的发展;固体超强酸催化剂的酸强度与参加反应的生物质的反应成正比, 不仅它催化反应的温度比较低, 而且制备也比较简便, 应用前景十分广泛的特点。
随着我国经济和科学技术的不断发展, 我国固体超强酸催化剂工艺已经越来越成熟, 在具体的各种各样的催化反应中给人类环境带来的危害越来越少, 越来越实现了绿色化的发展和生产, 已经逐步实现了可再生, 越来越受到我国广大科学工作者的高度关注, 越来越具有更加广阔的工业应用前景。
固体超强酸催化剂处了与液体超强酸催化剂相比具有许多特点的同时它还具有一些缺点, 它在具体的催化过程中会出现非均相催化现象, 而且相对而言固体超强酸催化剂进行催化的时候温度偏高, 相应的选择性相对比较差, 但是随着我国科学技术的迅速发展, 广大科学工作者便探索有机-高分子复合材料以及有机-无机复合材料, 加大它们在具体催化反应方面的应用力度, 使其更好地达到有机质及生物质等反应物的均相催化效果, 实现催化剂与反应物的有效分离, 更好地提高了固体超强酸催化剂选择性。
2.2 固体超强酸催化剂的类型
根据固体超强酸催化剂是否含有卤素以及酸的组合结构, 固体超强酸催化剂有无卤素固体超强酸催化剂、无卤素单组分固体超强酸催化剂和无卤素多组分复合固体超强酸催化剂;以金属氧化物作为一种载体, 将超强酸负载起来形成了较为广泛应用的负载金属氧化物的固体超强酸催化剂, 比如:、等[3];氟代磺酸离子交换树脂固体超强酸催化剂;与负载金属氧化物的固体超强酸催化剂功能相近但性质不一样的负载固体超强酸催化剂, 它不是以金属氧化物作为载体, 如:固体多孔材料石墨等;根据盐类固体超强酸催化剂又有混合无机盐类超强酸催化剂, 如:;根据酸根离子固体超强酸催化剂又包括硫酸根离子酸性金属氧化物强酸催化剂, 如:、等[4]。
3 如何加强固体超强酸催化剂在生物质降解的作用
3.1 固体超强酸催化剂降解木质素液化
我们都知道木质素是造纸工业中所产生的废水中主要难降解有机污染物, 它是由三种基本结构单元所组成的, 但是由于这类高分子聚合物中含有苯基丙烷结构, 所以它的高分子有机物难彻底降解, 利用固体超强酸催化剂可以更好地将木质素降解, 可以更好地缩反应的时间, 在最低的时间内将木质素降解, 以更好地使造纸工业中所产生的废水得到重复利用。
3.2 固体超强酸催化剂降解纤维素
我们都知道纤维素是生物质的重要组成部分, 科学家将芦苇纤维和麻纤维制备的植物多元醇作为原料, 就会合成性能比较好的生物降解性的硬质聚氨酯泡沫体, 它的密度较大, 弹性比较好, 并且如果多元醇中的植物原料含量越大, 它的性能就会越好, 大大降低了生产成本;固体酸催化剂、在离子液体中降解纤维素的效果十分明显, 为了达到更好地催化效果, 固体超强酸催化剂最佳用量可以取0.02克, 经过我们许多的工业经验, 我们发现反应温度以及催化剂的质量对纤维素降有着十分重要的影响[5]。而且145摄氏度是最为适合的温度, 所以, 在具体的催化反应中, 可以将温度控制为145摄氏, 而那个通过2mol/L硫酸处理过的固体超强酸-催化剂对纤维素的降解具有更加明显的效果, 它的分散度比较好, 更容易进行分离。
3.3 固体超强酸催化剂降解蔗糖酯
我们知道蔗糖酯作为生物质之一它是由蔗糖和高级脂肪酸作为原料而合成的一类型的有机化合物, 由于其独特的结构, 具蔗糖酯具有良好的乳化和分散作用, 而且还是一种比较好的润滑剂和清洁剂去污, 并且对于调节黏等方面也具有比较好的效果, 而且还可以更好地防止析晶、防止老化, 不仅对人体无害, 而且还容易被生物降解, 所以工业方面为了更好地利用蔗糖酯, 采用固体超强酸催化剂催化蔗糖酯, 催化作用更好, 并且要注意反应时间过了15分钟后, 固体超强酸催化剂的用量要是原料的百分之五, 但是要注意的是液固比例以及反应的温度等因素对会甘蔗渣降解反应产生很大的影响, 并且随着温度的不断升高, 蔗糖酯的机械性能也会随之不断地增强。
4 加强固体超强酸催化剂在生物质降解的环境意义
我国加强固体超强酸催化剂在生物质降解中的催化作用, 在努力发展固体超强酸催化剂的过程中最大限度地合理利用资源, 最大限度地降低环境污染, 从而在化工生产中最大限度地保护环境, 更好地维护生态平衡;迫于现如今环境压力, 在固体超强酸催化剂的生产过程中, 大量采用那些无毒无害的原材料, 并且在生物质降解的具体催化反应中, 它要求温和的条件下进行, 而且与此同时它的反应具有比较高的选择性, 这诸多的反应和发展特点都使得固体超强酸催化剂发展成为了对环境友好型的化学产品, 并不断向绿色催化反应方向发展。
我国固体超强酸催化剂大量的开发和应用, 使得我国化学工业得到了迅速的发展, 并且我国固体超强酸催化剂在生物质降解中的发展, 如今已经越来越注重以清洁生产为目的, 以更好地保护环境, 丢弃以前催化剂生产中只是片面的注重催化剂的催化活性以及催化剂的使用寿命, 注重催化剂的制造工艺以及催化剂的生产成本, 将科技创新与催化剂的绿色环保生产更好地相结合起来, 在提高化工企业的经济利用的同时, 提高社会效益, 实现经济效益和经济效益相结合, 使企业不断培养新资源观念, 不断培养生态和环境环保的观念, 实现资源的多次重复利用, 不断发展保护环境的绿色科技产业, 有利于不断坚持和贯彻我国可持续发展战略, 坚持我国固体超强酸催化剂在生物质降解中的可持续发展。
5 结语
我国加强固体超强酸催化剂在生物质降解中的催化作用, 可以不断地促进我国催化剂技术、催化剂科学理论知识的发展, 并且同时可以探索出更多的专业化和科学化的催化剂技术, 促进我国催化技术的专业化水平, 促进我国化工事业更好地发展;有利于避免我国在工业催化中出现很大程度的资源浪费, 有利于降低我国化工工业的生产成本, 减少我国在工业催化生产中不必要的浪费, 提高我国化工事业生产中的经济利益;有利于我国在化工生产中始终坚持贯彻和落实科学发展观, 坚持可持续发展战略, 进而则有利于促进我国国民经济又好又快的发展。
摘要：随着我国经济的飞速发展, 我国以石油为代表的化石资源的储量越来越少, 能源问题逐渐成为制约我国社会经济发展的环节, 所以在新形势下寻求可持续发展的替代品已经成为能源领域首要任务, 致使寻找高效催化体系越来越成为生物质降解领域的目前任务, 而在化学快速发展的基础上固体超强酸催化剂在生物质降解中的作用也越来越重要, 使生物质有望成为替代化石能源的可再生资源。作为业内人事我们都知道以前的催化剂较高的催化效能, 但是它不但不容易回收, 容易污染环境, 而且它的反应条件比较苛刻, 处理的步骤也比较复杂, 所以为了发明更环保催化过程更简单的催化剂, 近几年来随着绿色化学理论的不断渗透, 人们逐渐转向研究那些催化效能更强而且对环境友好的固体酸催化剂, 以更好地发挥其在生物质降解中的催化作用, 所以使固体超强酸催化剂不断在生物质降解中得到了迅速的发展和应用, 所以, 本文将重点来代替传统的液体酸催化剂。
关键词：固体,超强酸,催化剂,生物质降解
参考文献
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