CN114016036A - 一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用 - Google Patents

一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用。钢筋缓蚀剂通过以下方法制备：(S1)：将含硫量超过15g/kg的渗漏液与水混合后加入铁粉，常压下在20～60℃进行反应，反应后调节pH；(S2)：将步骤(S1)中调节pH后的反应液进行固液分离；(S3)：使用分子筛对步骤(S2)中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用110～150℃水蒸气洗脱分子筛中吸附的有机硫化合物；(S4)：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩得到浓度较高的有机硫化合物，加入硝酸镨得到钢筋缓蚀剂。本发明在实现了垃圾处理厂渗漏液资源化利用的同时，制备的缓蚀剂能够吸附钢筋表面，起到抗氧化、抗腐蚀等有效作用。

Description

一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及垃圾渗漏液处理及资源化利用领域，特别涉及一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用。
背景技术
垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度的有机废水。还有堆积的准备用于焚烧的垃圾渗漏出的水分。生活垃圾中厨余组分含量高达60％左右、水分含量高达50％以上。目前建筑结构的安全性和耐久性越来越得到重视，钢筋阻锈剂在越来越多的工程中得到应用。
发明内容
发明目的：为解决上述问题，本发明提出一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂、制备方法及应用。本发明实现了垃圾处理厂渗漏液资源化利用，减少环境污染，同时有效提高混凝土中钢筋的抗锈蚀能力。
技术方案：本发明所述的一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，包括以下步骤：
(S1)：将含硫量超过15g/kg的渗漏液与水混合后加入铁粉，常压下在20～60℃进行反应，反应后调节pH值至10.5-13.5；
(S2)：将步骤(S1)中调节pH后的反应液进行固液分离；
(S3)：使用分子筛对步骤(S2)中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用110～150℃水蒸气洗脱分子筛中吸附的有机硫化合物，得到的液体为有机硫化合物悬浊液；
(S4)：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩，得到有机硫化合物，加入硝酸镨得到钢筋缓蚀剂。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S1)中，调节pH所用的碱为氢氧化钠。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S1)中，所述渗漏液为垃圾处理厂渗漏液。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S1)中，铁粉在渗漏液中的掺入量为6-10g/kg。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S2)中，所述固液分离为在1000～5000g离心速度下实现固液分离。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S3)中，所述分子筛为钠X型分子筛。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S4)中，有机硫化合物与硝酸镨质量比为30-40：1。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(S4)中，所述有机硫化合物为含硫量为15-20g/kg有机硫化合物悬浊液。
本发明所述的一种钢筋缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(S21)：将含硫量超过15g/kg的渗漏液与水混合后加入铁粉，常压下在20～60℃进行反应，反应后调节pH值至10.5-13.5；
(S22)：将步骤(S21)中调节pH后的反应液进行固液分离；
(S23)：使用分子筛对步骤(S22)中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用110～150℃水蒸气洗脱分子筛中吸附的有机硫化合物，得到的液体为有机硫化合物悬浊液；
(S24)：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩得到有机硫化合物，加入硝酸镨得到钢筋缓蚀剂。作为本发明的一种优选实施例，步骤(S24)中，得到的有机硫化合物为含硫量为15-20g/kg有机硫化合物悬浊液。
本发明上述的钢筋缓蚀剂或上述的制备方法制备的钢筋缓蚀剂在钢筋防腐中的应用。
有益效果：(1)本发明通过含硫垃圾渗漏液制备钢筋缓蚀剂，有机硫化合物可以在钢筋表面形成一层稳定的络合物保护膜，可作为钢筋缓蚀剂；(2)本发明利用垃圾渗漏液制备钢筋缓蚀剂实现了垃圾处理厂渗漏液资源化利用，减少环境污染，同时有效提高混凝土中钢筋的抗锈蚀能力。
附图说明
图1为样品动极化曲线测试结果；
图2为样品自腐蚀电位测试结果；
图3为样品电化学阻抗谱的测试结果。
具体实施方式
一、钢筋缓蚀剂的制备
原料来源：原料的垃圾渗漏液是搬运的垃圾处理厂经浓缩以及脱水的渗漏液，渗漏液中混合有有机物以及无机物的固体物和水，其中富含有机硫化合物。将得到的垃圾渗漏液按照以下方法制备钢筋缓蚀剂。
S1：按重量份计，将总硫含量超过16g/kg渗漏液100份、100份水与1份铁粉混合投入反应釜中，加于常压下在40℃进行反应；
S2：在反应釜中加入纯度99.5％的氢氧化钠粉末调节pH至12.5；
S3：通过离心机以5000g离心10分种对反应釜中的产物进行固液分离；
S4：使用直径1-3mm的球形颗粒钠X型分子筛对步骤S3中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用120℃水蒸气洗脱钠X型分子筛中吸附的有机硫化合物，得到的液体为有机硫化合物悬浊液。
S5：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩得到含硫量为19g/kg有机硫化合物悬浊液，每40份有机硫化合物悬浊液中加入1份纯度99.5％硝酸镨得到钢筋阻锈剂成品。
二、样品测试
将上述方法制得的利用含硫垃圾渗透的钢筋缓蚀剂按照不同的添加量加入到混凝土模拟液中制得测试样品1、测试样品2和对照组，对测试样品1、测试样品2和对照组进行腐蚀性能测试，进而对不同添加量的阻锈剂对钢筋的阻锈性能进行评价，样品制备如下：
a、制备测试样品1
将Φ12mm的HPB235钢筋切成长度为5mm的短钢筋棒，并将短钢筋棒的柱状侧面用环氧树脂密封，以端面为工作面，用氧化铝金相砂纸逐级打磨至镜面；配制饱和氢氧化钙溶液，用磷酸和氢氧化钠溶液调节pH值至11.5；将磨成镜光的钢筋置入上述饱和氢氧化钙溶液中，从而制得混凝土模拟液；将上述方法制得的钢筋阻锈剂成品按3％(体积百分比)加入到混凝土模拟液的饱和氢氧化钙溶液中，制得测试样品1，将测试样品1密封，并进行腐蚀性能测试。
b、制备测试样品2
将Φ12mm的HPB235钢筋切成长度为5mm的短钢筋棒，并将短钢筋棒的柱状侧面用环氧树脂密封，以端面为工作面，用氧化铝金相砂纸逐级打磨至镜面；配制饱和氢氧化钙溶液，用磷酸和氢氧化钠溶液调节pH值至11.5；将磨成镜光的钢筋置入上述饱和氢氧化钙溶液中，从而制得混凝土模拟液；将上述方法制得的钢筋阻锈剂成品按1％(体积百分比)加入到凝土模拟液的饱和氢氧化钙溶液中，制得测试样品2，将测试样品2密封，并进行腐蚀性能测试。
c、制备对照组
将Φ12mm的HPB235钢筋切成长度为5mm的短钢筋棒，并将短钢筋棒的柱状侧面用环氧树脂密封，以端面为工作面，用氧化铝金相砂纸逐级打磨至镜面；配制饱和氢氧化钙溶液，用磷酸和氢氧化钠溶液调节pH值至11.5；将磨成镜光的钢筋置入上述饱和氢氧化钙溶液中，从而制得混凝土模拟液；该混凝土模拟液中未加上述方法制得的利用废弃植物落叶的钢筋阻锈剂，该样品作为对照组，同样进行腐蚀性能测试。
采用PARSTAT2273电化学工作站，测试系统采用典型的三电极体系(即钢筋为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极)，对测试样品1、测试样品2和对照组的自腐蚀电位、腐蚀电流密度进行测试，进而对不同添加量的阻锈剂对钢筋的阻锈性能进行评价，具体试验条件如下：
(1)动极化曲线是由PARSTAT 2273型电化学工作站PowerCorr模块中Tafel标准模板来测试。
测试结果如图1。图1中三条曲线分别代表测试样品1、测试样品2和对照组的钢筋Tafel曲线。动电位极化曲线包含了阴极反应和阳极反应的极化曲线。当加入阻锈剂后，测试样品1和测试样品2的腐蚀电位发生一定程度的正移，阳极反应的电流密度减小，钝化区范围变大。这是由于阻锈剂的加入，对钝化膜的缺陷具有修复作用，同时又能填充其孔隙，使钝化膜更加致密，从而抑制腐蚀反应的发生。
(2)自腐蚀电位Ecorr由PARSTAT 2273型电化学工作站PowerCorr模块中Ecorr vsTime标准模板来测试。
测试结果如图2。图2中三条曲线分别代表测试样品1、测试样品2和对照组的钢筋自腐蚀电位Ecorr随Cl-添加浓度变化趋势图，自腐蚀电位Ecorr是热力学上表征材料在特定介质中耐腐蚀性趋势的参数，Ecorr负向值越大，显示钢筋越易腐蚀，如图2所示，随着Cl-浓度的增大，测试样品1、测试样品2和对照组的钢筋自腐蚀电位Ecorr均呈逐步降低的趋势，而测试样品1的钢筋自腐蚀电位Ecorr比初始数值降低最少，自腐蚀电位Ecorr负向值最小，测试样品2的钢筋自腐蚀电位Ecorr负向值次之，对照组的钢筋自腐蚀电位Ecorr负向值最大，说明测试样品1钢筋的耐腐蚀性最强，测试样品1中3％利用含硫渗漏液制备的钢筋阻锈剂明显降低钢筋受Cl-腐蚀的速率，测试样品2中1％利用含硫渗漏液制备的钢筋阻锈剂一定程度降低了钢筋受Cl-腐蚀的速率，对照组钢筋的耐腐蚀性最差。
(3)电化学阻抗谱是给电化学体系施加一个频率不同的小振幅的交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值(此比值即为系统的阻抗)随正弦波频率的变化，或者阻抗的相位角随正弦波频率的变化，进而分析电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。本实验中电化学阻抗谱测试采用扰动幅度为10mV的正弦交流电压，测试的频率范围为10mHz～100KHz，使用ZSimpWin软件对所测数据进行拟合整理，计算得到腐蚀电流密度。
测试结果如图3。图3中三条曲线分别代表测试样品1、测试样品2和对照组的钢筋的腐蚀电流密度icorr随Cl-添加浓度变化趋势图，腐蚀电流密度icorr越大，表示钢筋的腐蚀速度越快，如图3所示，随着Cl-浓度的增大，测试样品1的钢筋腐蚀电流密度icorr数值最小且数值无明显变化，说明测试样品1钢筋的腐蚀速率最低，钢筋的耐腐蚀性最强，测试样品1中3％利用含硫渗漏液制备的钢筋阻锈剂明显降低钢筋的腐蚀速率；随着Cl-浓度的增大，测试样品2钢筋腐蚀电流密度icorr数值变大，但测试样品2钢筋腐蚀电流密度仍然低于对照组的钢筋腐蚀电流密度icorr，可见测试样品2中1％利用含硫渗漏液制备的钢筋阻锈剂也一定程度降低了钢筋的腐蚀速率。
两组实验结果规律相同，可见向混凝土模拟液中分别加入3％和1％利用含硫渗漏液制备的钢筋阻锈剂明显提高了钢筋的耐腐蚀性，对钢筋具有很好的阻锈作用。
本发明通过对垃圾渗漏液(总硫含量超过15g/kg的渗漏液)进行反应，最终将垃圾渗漏液制作为成品钢筋缓蚀剂，对垃圾渗漏液中硫的利用率约90％，减少环境污染，同时制成的钢筋阻锈剂成品有效提高了混凝土中钢筋的抗锈蚀能力，进而提高了钢筋混凝土结构的使用寿命。并且，从以上结果可以看出，本发明实现了垃圾处理厂渗漏液资源化利用的同时，制备的缓蚀剂能够吸附钢筋表面，起到抗氧化、抗腐蚀等有效作用。

Claims (9)

1.一种利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)：将含硫量超过15g/kg的渗漏液与水混合后加入铁粉，常压下在20～60℃进行反应，反应后调节pH值至10.5-13.5；
(S2)：将步骤(S1)中调节pH后的反应液进行固液分离；
(S3)：使用分子筛对步骤(S2)中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用110～150℃水蒸气洗脱分子筛中吸附的有机硫化合物，得到的液体为有机硫化合物悬浊液；
(S4)：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩，得到有机硫化合物，加入硝酸镨得到钢筋缓蚀剂。
2.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S1)中，调节pH所用的碱为氢氧化钠。
3.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S4)中，所述有机硫化合物为含硫量为15-20g/kg有机硫化合物悬浊液。
4.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S1)中，铁粉在渗漏液中的掺入量为6-10g/kg。
5.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S2)中，所述固液分离为在1000～5000g离心速度下实现固液分离。
6.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S3)中，所述分子筛为钠X型分子筛。
7.根据权利要求1所述的利用垃圾渗漏液制备的钢筋缓蚀剂，其特征在于，步骤(S4)中，有机硫化合物与硝酸镨质量比为30-40：1。
8.一种钢筋缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)：将含硫量超过15g/kg的渗漏液与水混合后加入铁粉，常压下在20～60℃进行反应，反应后调节pH值至10.5-13.5；
(S2)：将步骤(S1)中调节pH后的反应液进行固液分离；
(S3)：使用分子筛对(S2)中制得的液体中有机硫化合物进行吸附分离，并使用110～150℃水蒸气洗脱分子筛中吸附的有机硫化合物，得到的液体为有机硫化合物悬浊液；
(S4)：将分离得到的有机硫化合物悬浊液进行真空浓缩，得到有机硫化合物，加入硝酸镨得到钢筋缓蚀剂。
9.一种如权利要求1-7任一所述的钢筋缓蚀剂或如权利要求8所述的制备方法制备的钢筋缓蚀剂在钢筋防腐中的应用。
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