基于工程造價的環境友好綠色催化劑設計

平熹

摘 要：綠色催化劑是在催化轉化反應過程中，不產生環境污染，甚至是“零排放”，從而實現清潔生產的一類催化劑。當前節能型社會發展的需要，綠色化學中急需更多的綠色催化劑。基于工程造價引入綠色化學理念，設計了加入一種固化劑進行水玻璃耐水性優化。采用固化劑起到了催化效果，提高了涂層耐水性。使水玻璃形成三維網絡結構起到了綠色催化的效果，對于我國工程造價的改進具有一定的參考價值。

關 鍵 詞：工程造價；水玻璃；房屋建筑；網絡結構

中圖分類號：F 426.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）03-0488-03

Abstract： Green catalysts dont form environmental pollution in the catalytic conversion reaction to realize clean production. In order to meet the needs of energy saving social development， more green catalysts need be developed. Based on the project cost， through introducing green chemistry idea， the water resistance of sodium silicate was optimized by adding a curing agent. The curing agent has played catalytic effect to improve the water resistance of coating. The three-dimensional network structure of the sodium silicate has green catalytic effect. This research has a certain reference value for our country's engineering cost improvement.

Key words： Sodium silicate； Housing construction； Network structure

綠色化學是以綠色意識為指導，以最終杜絕化學污染源，實現綠色化學為最終目標[1，2]。綠色化學的最大特點在于在始端采用實現污染預防的科學手段，過程和終端實現零排放和零污染。目前綠色化學的研究重點是[3-6]： （1）設計或重新設計對人類健康和環境更安全的化合物，這是綠色化學的關鍵部分； （2）探求新的、更安全的、對環境更友好的化學合成路線和生產工藝，可從研究、變換基本原料和起始化合物以及引人新試劑入手； （3）改善化學反應條件、降低對人類健康和環境的危害，減少廢棄物的生產和排放。水玻璃即硅酸鈉，是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿[7]。其化學式為R2O·nSiO2，式中R2O為堿金屬氧化物，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數的比值，稱為水玻璃的模數[8-9]。建筑上常用的水玻璃是硅酸鈉（Na2O·nSiO2）的水溶液。水玻璃的密度：土木工程中常用水玻璃的密度一般為1.36～1.50 g/cm3[10-12]。水玻璃模數：水玻璃模數是水玻璃的重要參數，一般在1.5～3.5之間，水玻璃模數越大，固體水玻璃越難溶于水，二氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘結力增大[13，4]。

水玻璃具有耐酸、粘結力強、廉價等優點，作為無機粘結劑在金屬防腐領域具有較大應用潛力，但存在耐水性差、脆性大等問題，限制其應用。通過分析水玻璃耐水性差的原因，探索提高水玻璃耐水性的途經，并將水玻璃應用于金屬的防腐領域。論文探究以自制防水固化劑對水玻璃圖層的性能影響及相關的作用機理。

1 工程造價角度探討催化劑概述

工程造價具備了以下特點：大額性、單個性、層次性、階段性、動態性。有效控制工程造價應體現以下原則：以設計階段為重點的全過程造價控制。技術與經濟相結合是是控制工程造價最有效的手段。

工程造價控制的主要內容：決策階段做好投資估算。投資估算對對工程造價起到指導性和總體控制作用；設計階段強調限額設計。限額設計是控制工程造價的有效措施。經批準的投資估算作為工程造價控制的最高限額，是限額設計控制工程造價的主要依據；招投標階段重視施工招標；施工階段加強合同管理和事前控制。

本文主要從設備及工器具費角度進行改進優化：設備及工器具費由設備購置費和工器具、生產家具購置費組成。它是固定資產投資中的組成部分。設備購置費是指為項目購置或自制的達到固定資產標準的各種國產或進口設備、工具、器具的購置費用。由設備原價和設備運雜費構成。

2 工程造價角度優化綠色催化劑實驗

2.1 實驗原材料

普通水玻璃：模數m=2.3 密度ρ=1.514 g/cm3 ，SPSN，LSEQN，MTC：食品級MTC代糖甜味劑，CO2：工業瓶裝CO2，空氣：工業瓶裝空氣，環境溫度：25 ℃ 濕度：38% RH，水浴溫度：（90±10）℃，氣體溫度：（40±5）℃。

2.2 固化劑的制備

稱取一定量水玻璃（占石英砂5%），稱取一定量SPSN和LSEQN（各占水玻璃2%），放在研缽中研成粉末；將SPSN與LSEQN加入到水玻璃中，用玻璃棒攪拌均勻。圖1為固化劑的掃描電鏡圖。

3 實驗結果及分析

3.1 固化劑對水玻璃涂層性能的影響

固化劑的加入能夠使水玻璃固化形成網狀三維結構，生成大量的Si-O-Si鍵。由于Si-O-Si鍵易收縮，大量的Si-O-Si鍵會導致涂層的脆性增大，使涂層易開裂、翹曲。本論文通過實驗發現，加入3%（wt）Y-400玻璃纖維，能夠提高涂層的韌性，緩解涂層開裂、翹曲的情況（圖2）。

3.2 實驗結果分析

3.2.1 水玻璃涂層作用機理的分析

Si-OH具有自發縮聚的趨勢，但是這個反應在沒有外加固化劑的情況下，進行的程度很低，量很少。因此，沒有外加固化劑的水玻璃通過加熱固化后是以零散的低聚合結構和原始結構組成。圖3為加固化劑的水玻璃固化后結構組成圖。

從圖3可以看出，低聚結構中存在著大量Si-OH和Si-O-Na鍵，這兩種鍵的不穩定，易被水分子攻擊而斷裂，導致低聚合結構和原始結構遭到破壞，從而固化后的水玻璃失去強度。本文推測，固化劑可以與水玻璃相互作用，使水玻璃中的Si-OH之間的聚合程度提高。

3.2.2 結果分析

對不同固化劑加入量的涂層粉末進行DSC-TG分析，其結果如圖4所示。

DSC-TG結果表明：隨著固化劑的加入量不斷增大，樣品在100 ℃左右的失水峰不斷右移；隨著XK-1的加入量不斷提高，樣品的失重量不斷減少。因此，XK-1的加入，使得水玻璃的固化程度提高，三維結構更加完善。從推導的水玻璃固化后的網狀三維結構可以看出，形成的網狀結夠將Na+屏蔽在網格中，產物[XK-1]n[OH]m又固定了OH-，從而提高了水玻璃的耐水性。而形成的三維結構中大量的Si-O-Si鍵導致涂膜加熱過程中，收縮較大，涂膜易龜裂，這與實驗現象吻合。

4 結 論

當前綠色化工催化劑理論發展逐漸得到完善，但大多數催化劑仍停留在實驗階段，催化劑性能不穩定，制備過程復雜，性價比低是制約其工業化應用的主要原因，但從長遠角度考慮，采用綠色化工催化劑是實現生產零污染的一個必然趨勢。本文工程造價角度優化了綠色催化劑的特性，采用涂覆技術在Q235鋼表面涂覆水玻璃涂層，通過自制防水固化劑提高涂層耐水性，并加入Y-400玻璃纖維提高涂層韌性。固化劑對水玻璃的作用機理主要是能夠使水玻璃形成三維網絡結構，使Na+被屏蔽在網格中，從而提高水玻璃的耐水性。現階段對工程造價成本控制的范圍，大多集中在工程實施階段，如果將綠色催化劑的理念融入到工程造價成本控制中，在工程前期設計階段就將綠色催化劑與工程設計融為一體，并在工程實施階段保障綠色催化劑的正確使用，就能夠比其他工程在竣工后的節能減排，保護環境更有優勢。所以，綠色催化劑的設計使用將工程造價成本控制的理念得以由工程竣工驗收之前延展到工程竣工驗收后的運營、維護階段，并且對節能減排、環境保護、實現可持續發展有著重要意義。

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