一種環保型融雪劑及利用胺基酸發酵液製備該融雪劑的方法與流程

2023-06-01 14:58:06 1

本發明涉及一種融雪劑，特別是一種生物易降解型、易溶解性胺基酸類融雪劑及其製備方法，融雪後也是綠化植物的有機肥，屬於環境保護技術領域。

背景技術：

在我國和世界上許多國家的高寒地區，冬季冰雪已成為嚴重的公害，深厚的積雪和光滑的路面，引發了交通阻塞、事故連連、高速公路停運，機場關閉等嚴重後果。一般採用在雪後的表面噴灑融雪化冰劑的方式達到融雪化冰效果。融雪化冰劑的開發經歷了單一的食鹽型、無機氯鹽型到有機型、複合防腐蝕型的過程。但上述類型的融雪劑，無法完全降解，對環境也具有一定的危害。

冬季雪天保證公路暢通是公路養護中一件大事，融雪劑則是最常用化冰雪的方法。如2012年11月4日夜間北京暴風雪，僅當日清晨北京市就連夜散融雪劑1200餘t，融雪劑液3000餘t。

融雪劑分為非含氯型和含氯型兩種，非含氯型融雪劑效果較好，基本無腐蝕損傷，但價格較高；含氯型融雪劑(包括氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等)由於價格低廉用量頗大。然而含氯型融雪劑的使用會產生很大危害，包括促進混凝土膨脹開裂，導致混凝土保護層脫落、鋼筋外露鏽蝕，與瀝青產生化學反應會造成瀝青表面脫落和路面破損，另外也會造成土壤鹽鹼化，嚴重威脅綠化植物生長。有報導稱當濃度2％-3％的融雪劑鹽水浸入綠地，植物即會因生理性缺水導致生長受阻，葉枯或死亡：2004年冬季北京市使用融雪劑8000t，2005年春天約1.1萬株行道樹、20萬m2草坪和149萬餘株綠籬等灌木遭重度鹽害或死亡，直接經濟損失超過3000萬元。同時含融雪劑雪水入土壤也會造成公路兩側土壤鹽漬化、硬化、板結、貧瘠。據有關部門統計，2011年底我國高速公路總裡程已達8.5萬km，隨著高速公路快速發展，融雪劑帶來一系列問題已成為高速公路綠化和養護的重要問題之一。據統計，北京因使用融雪劑已死近萬棵樹，尤其高速路綠化帶植物傷害很大，每年造成12萬-15萬/Km綠化經濟損失。

為保證生態環境和道路等設施，美國、加拿大、北歐等積極研究環保型融雪劑。醋酸鈣鎂鹽(CMA)是二十世紀八十年代美國為替代食鹽而開發出的一種環保型融雪化冰化學品，與NaCl相比，CMA具有熔點低、可生物降解、對道路橋梁設施和混凝土構件無腐蝕、對土壤和水源不造成汙染等。但製備CMA的原料之一冰醋酸價格較高，使得CMA比NaCl價格高出30倍以上，由此制約了CMA融雪劑的普遍使用。另外，還有研發、使用醋酸鉀、乙二醇、丙二醇(價格均高於CMA)。目前，也有用木醋液製備的融雪劑的，如許英梅等一種低成本環保型融雪劑的製備與性能研究，遼寧化工，第36卷第1期，2007年1月發表的文獻中說明：取定量已知酸含量的木醋液，加入過量白雲石粉，攪拌，在室溫下反應30～50min；過濾，得到黑色或深褐色濾液；將濾液用活性炭脫色，過濾得液體CMA類融雪劑。將濾液蒸髮結晶或濃漿噴霧乾燥得固體CMA類融雪劑。但成本較高，不利於推廣。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種環保型融雪劑及利用胺基酸發酵液製備該融雪劑的方法，本發明融雪劑融雪溫度低，易於溶解，完全生物降解，對環境零危害，可避免施用常規無機融雪劑引起的土壤鹽鹼化問題；製備方法簡單易行、成本低。

本發明採取的技術方案為：

一種環保型融雪劑，其主要成分為：有機酸銨鹽、兩性胺基酸硫酸胺鹽、硫酸銨和尿素。

所述的環保型融雪劑，其主要成分有機酸銨鹽、兩性胺基酸硫酸胺鹽、硫酸銨和尿素的重量份比例優選為1-20：1-50：0.5-30：1-25。進一步優選尿素佔融雪劑乾重的1-25％。

所述的有機酸銨鹽、兩性胺基酸硫酸胺鹽是胺基酸及小分子多肽化合物與硫酸及氨水反應生成。

一種利用胺基酸發酵液製備環保型融雪劑的方法，包括步驟如下：

(1)濃縮-脫色：發酵法生產胺基酸過程中，經過離子交換樹脂提取胺基酸後的發酵液中含有大量的硫酸銨和有機酸銨鹽，或者羽毛水解法生產胺基酸過程中，首先要採用硫酸取代傳統的鹽酸水解，中和過程中採用氨水取代傳統的燒鹼中和，然後用離子交換柱交換提取所需的胺基酸，提取後的剩餘殘液也含有大量的硫酸銨及胺基酸硫酸銨鹽，將這些發酵液或剩餘殘液採用多效蒸發器蒸發進一步濃縮，然後將濃縮液脫色、過濾；

(2)調配-噴漿造粒：向濃縮後的濾液中加入尿素，產物用氨水調整pH值7～8，得到粘稠狀流體；然後流化床噴漿造粒，即得到復配型融雪劑顆粒。

上述製備方法中，步驟(1)所述的濃縮步驟濃縮至原有體積的1/4～1/5。所述的脫色為將濃縮液泵入攪拌罐內，通入蒸汽維持攪拌罐內溫度至40℃以上(優選為50～70℃)，加入濃縮液質量1％-5％的活性白土或活性炭脫色，脫色時間不低於1小時。所述的過濾為壓濾。

步驟(2)所述的流化床噴漿造粒溫度600-800℃，外排煙氣溫度不低於600℃，流化床造粒時間控制在1-60S。所述的尿素的添加量佔融雪劑乾重的1-25％。

上述製備方法製備的融雪劑。

本發明的有益效果有：

(1)生產成本低，利用胺基酸發酵液或者蛋白水解液作原料，不但可發酵液或提取液的綜合利用，顯著提升附加值，而且原料來源豐富，方法簡單可行，克服了有機類環保型融雪劑因價高、使其不能普及使用的缺陷。

(2)融雪劑採用有機、無機相結合配方，含有有機酸銨鹽、兩性胺基酸硫酸胺鹽、硫酸銨及尿素等，形成的有機硫酸銨鹽、硫酸銨等使得融雪劑水溶性很好，水溶速度快；與尿素的複合使其冰點達到-40℃以下，融雪溫度更低，融雪速率更高。

(3)融雪劑完全生物降解，對環境零危害，可避免施用常規無機融雪劑引起的土壤鹽鹼化問題，還能明顯改善土壤結構，增強土壤保水性，降低土壤Na+、Cl-離子含量，降低土壤鈉吸附比SAR，可有效解決高速路中央隔離帶土壤受融雪劑帶來的土壤鹽鹼化問題，有利於高速公路綠化植物的生長和養護。

(4)加融雪劑溶解後的雪水中，含有對綠化帶植物具有良好的催肥效果的成分，有利於植物生長，同時減少綠化帶施肥量，減少綠化施肥開支。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1

將穀氨酸發酵液用離子交換柱交換提取胺基酸後的液體100重量份吸入多效蒸發器中，開啟蒸汽、循環泵和真空，濃縮至原有體積的1/5，將濃縮母液泵入攪拌罐內，通入加入濃縮母液質量1％的活性白土/活性炭脫色，脫色溫度控制在50℃，脫色時間1小時，壓濾，至另一混合反應釜，添加尿素(添加量為融雪劑乾重的1％)，產物用氨水中和至pH值7～8，得到粘稠狀流體；然後流化床噴漿造粒，流化床造粒溫度600-800℃，外排煙氣溫度不低於600℃，流化床造粒時間控制在20S，將收集到的圓球狀顆粒過篩，即得到融雪劑。測試條件：融雪溫度-25℃以下，融雪後雪水略顯淺黃色。

實施例2

將穀氨酸發酵液用離子交換柱交換提取後的液體100重量份吸入多效蒸發器中，開啟蒸汽、循環泵和真空，濃縮至原有體積的1/5，將濃縮母液泵入攪拌罐內，通入加入濃縮液質量5wt％的活性白土/活性炭脫色，脫色溫度至70℃，脫色時間1小時，壓濾，至另一混合反應釜，添加尿素(添加量為融雪劑乾重的5％)，產物用氨水中和至pH值7～8，得到粘稠狀流體；然後流化床噴漿造粒，流化床造粒溫度600-800℃，外排煙氣溫度不低於600℃，流化床造粒時間控制在60S，將收集到的圓球狀顆粒過篩，即得到融雪劑。測試條件：融雪溫度-35℃以下，融雪後雪水無色。

實施例3

將黃原膠發酵液用離子交換柱交換提取胺基酸後液體100重量份吸入多效蒸發器中，開啟蒸汽、循環泵和真空，濃縮至原有體積的1/5，將濃縮母液泵入攪拌罐內，通入加入濃縮液質量5wt％的活性白土/活性炭脫色，脫色溫度至70℃，脫色時間1小時，壓濾，至另一混合反應釜，添加尿素(添加量為融雪劑乾重的20％)，產物用氨水中和至pH值7～8，得到粘稠狀流體；然後流化床噴漿造粒，流化床造粒溫度600-800℃，外排煙氣溫度不低於600℃，流化床造粒時間控制在60S，將收集到的圓球狀顆粒過篩，即得到融雪劑。測試條件：融雪溫度-40℃以下，融雪後無色。

實施例4

將羽毛酸解液(採用硫酸水解，氨水中和)用離子交換柱交換提取所需胺基酸後的殘液100重量份吸入多效蒸發器中，開啟蒸汽、循環泵和真空，濃縮至原有體積的1/5，將濃縮母液泵入攪拌罐內，通入加入濃縮液質量5wt％的活性白土/活性炭脫色，脫色溫度至70℃，脫色時間1小時，壓濾，至另一混合反應釜，添加尿素(添加量為融雪劑乾重的10％)，產物用氨水中和至pH值7～8，得到粘稠狀流體；然後流化床噴漿造粒，流化床造粒溫度600-800℃，外排煙氣溫度不低於600℃，流化床造粒時間控制在50S，將收集到的圓球狀顆粒過篩，即得到融雪劑。測試條件：融雪溫度-40℃以下，融雪後無色。

應用例效益分析

產品生產效益分析：生產成本(以實施例2產品為例，包括噴漿造粒工序、人工、能源)合計：700元/噸，產品售價：3500元/噸，利潤2800元/噸產品。

應用示範效益分析：試驗示範過程中，成本以原材料價格加上20％加工費來計算，得到投入產出分析為2800元/t。經濟效益包括兩方面，一是胺基酸類融雪劑應用直接降低綠化樹苗因融雪劑造成補苗開支，二是複合保水肥應用減少綠化帶施肥量的效益。根據北京首發集團綠化養護公司實踐，以2010-2011年因融雪劑造成綠化苗木補植工程開支為背景，每公裡應用胺基酸類融雪劑成本為2499元，施加胺基酸類融雪劑後補植率降1/2，按每株檜柏補植成本170.8元/株，除去成本，則應用SFO直接降低綠化樹苗補植費6553元/km。按北京市高速公路739km綠化帶應用胺基酸類融雪劑，每年可直接節省因融雪劑應造成的綠化帶植物死亡進行補植的開支484萬元。

施加胺基酸類融雪劑減少綠化帶每年施肥量，按照京承高速綠化帶綠化植物檜柏年施肥開支414元/km計算，北京市高速公路綠化帶應用複合保水肥年減少綠化帶施肥開支30.5萬元。

以上兩項合計，北京市高速公路739km施用胺基酸類融雪劑，除去成本的年直接經濟效益514.5萬元。

以上是結合具體實施例對本發明的詳細介紹，本發明的保護範圍不限於此。