水分蒸發(fā)抑制劑

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1、06級化學工程與工藝專業(yè)開發(fā)設(shè)計性實驗報告開發(fā)設(shè)計性實驗報告姓名：黃光偉班級：060334學號：06033411專業(yè)：化學工程與工藝指導教師：吳燕2008年12月1206級化學工程與工藝專業(yè)開發(fā)設(shè)計性實驗報告1.前言1.1水資源背景水是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源之一，在當前全球面臨的資源危機中，干旱缺水乃是危中之危。我國是世界上少數(shù)嚴重缺水的國家之一，人均水量僅為世界平均水平的1/4，是全球水資源最貧乏的國家之一。同時，我國水資源南北擁有率相差懸殊，干旱、半干旱地區(qū)所占比例超過國土總面積的一半。在干旱缺水地區(qū)，水體的水分蒸發(fā)量是當?shù)亟邓康臄?shù)倍乃至數(shù)十倍，少數(shù)地區(qū)甚

2、至高達數(shù)百倍。水體的水分蒸發(fā)損失主要來自于河流、湖泊、水庫、儲水池等大面積水體的表面。據(jù)統(tǒng)計[1]，天津市約有5萬公頃地表水面，按自然蒸發(fā)速率估算，每公頃水面年蒸發(fā)損失水量近5萬噸，僅此一項，年損失水量近25億噸。我國西部地區(qū)，每公頃水面年蒸發(fā)損失水量高達30萬噸，造成的經(jīng)濟損失更為驚人。對于抑制大面積水體表面的蒸發(fā)損失，最可行的方法是在水體表面鋪展水分蒸發(fā)抑制劑。1.2國內(nèi)外研究概況、存在問題和發(fā)展趨勢水分蒸發(fā)抑制劑可在水體表面自發(fā)地鋪展形成不溶性液體分子膜，從而改變液面直接裸露于空氣中的狀態(tài)，有效抑制水分蒸發(fā)[1]。鋪展不溶性液體分子膜的水面，不妨礙二氧化碳、氧氣

3、以及陽光的透過，因此，不影響水生動植物的生長繁殖。水分蒸發(fā)抑制劑能夠顯著減少大面積水體的蒸發(fā)損失，可帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。早在20世紀50年代，美國的膠體化學家Archer和LaMer等人[2-3]就進行了一系列的單分子膜抑制水分蒸發(fā)的實驗，初步研究了水分子透過脂、酸、醇單分子膜的蒸發(fā)速率，并對其分子結(jié)構(gòu)與抑制蒸發(fā)率的關(guān)系進行了研究。我國于20世紀60年代初開始研究在水面和土面覆以分子膜來減少大面積水體水分蒸發(fā)。1982年天津市科委將水分蒸發(fā)抑制劑的“研究與開發(fā)”列入了研究計劃，同年由天津輕工業(yè)化工研究所立項研究土壤中水分蒸發(fā)抑制劑，1987年國家科委將抑制土

4、壤中水分蒸發(fā)的研究列入了重點攻關(guān)項目[4]。然而，以往國內(nèi)外在研究抑制水分蒸發(fā)的過程中，引入的液膜體系有結(jié)構(gòu)單一，抗環(huán)境干擾能力差等不足；在研究環(huán)境因素對抑制水分蒸發(fā)等影響方面，缺乏對環(huán)境影響因素交互作用的客觀評價。對于將在自然環(huán)境中運行的液膜-抑制蒸發(fā)體系，必須全面評估自然環(huán)境中各種影響因素（如溫度變化、雜質(zhì)、風力、空氣質(zhì)量等）對液膜抑制蒸發(fā)效果的影響，因為這些因素對液膜-抑制蒸發(fā)體系的干擾顯著，會導致其性能不穩(wěn)定，甚至會失去抑制水分蒸發(fā)的性能[5-6]。由于對上述內(nèi)容缺乏深入細致的研究，致使本領(lǐng)域尚有許多理論問題沒有得到研究。例如：環(huán)境影響因子的作用機理、液膜體系

5、自修復行為成因、液膜鋪展動力學過程等。目前，國內(nèi)外有關(guān)液膜-抑制水分蒸發(fā)的理論研究[7-9]1206級化學工程與工藝專業(yè)開發(fā)設(shè)計性實驗報告，主要是利用直鏈脂肪醇和直鏈脂肪酸，根據(jù)其能夠在氣液兩相界面上鋪展形成單分子膜的理論為基礎(chǔ)進行研究。通常采用蒸發(fā)比阻來表征分子膜對水分蒸發(fā)率的影響，蒸發(fā)比阻的值越大，分子膜抑制水分蒸發(fā)的效果越好。影響蒸發(fā)比阻的因素有很多，如成膜物質(zhì)的材料、表面濃度、分子結(jié)構(gòu)、底液成分、溫度、表面壓和雜質(zhì)、風速、空氣質(zhì)量等環(huán)境因素。液膜-抑制水分蒸發(fā)的作用機理以蒸發(fā)比阻為核心，以單分子不溶膜理論為基礎(chǔ)，有能量障礙理論、密度變化理論和最小空位面積理論。

6、現(xiàn)有的理論都不能很好地解釋環(huán)境因素對蒸發(fā)比阻的影響，也不能解釋非均相液膜體系抑制水分蒸發(fā)過程的某些現(xiàn)象。1.3本課題研究的目的意義目前，國內(nèi)外研究的水分蒸發(fā)抑制劑都是單一的均相體系，該體系抗環(huán)境干擾能力差，本作品將其制備成非均相體系，即用長碳鏈脂肪醇與短鏈醇復配，將其配制成W/O型乳液體系。研究發(fā)現(xiàn)，非均相體系在有效抑制水體表面水分蒸發(fā)損失的基礎(chǔ)上，具有一定的抗環(huán)境干擾和自修復能力，并且其抑制水分蒸發(fā)率隨時間的延長衰減小，穩(wěn)定性好。研究中對非均相水分蒸發(fā)抑制劑體系的探討，將彌補國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究空白，具有較高的理論價值和應用價值。本作品研究可對后期實際應用做出理論指

7、導，有利于將水分蒸發(fā)抑制劑在實際環(huán)境中真正得到推廣應用，如此可顯著減少大面積水體的蒸發(fā)損失。天津市約有5萬公頃地表水面，按自然蒸發(fā)速率估算，每公頃水面年蒸發(fā)損失水量近5萬噸，由此，年損失水量近25億噸。如所制備的水分蒸發(fā)抑制劑體系可以減水表面近60%的水量蒸發(fā)，僅此可為天津保留約15億噸水。這對于解決干旱缺水問題、減少水資源損失具有重大意義，可帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.4社會效益及經(jīng)濟效益湖泊、水庫和水稻耕田等大面積水體的水分蒸發(fā)造成水資源的巨大損失。早在1960年，美國化學會就對其進行過專門討論，報告集已由LaMer編輯刊行。有研究表明，水