Исследовательский проект «Разработка антигололедных составов и исследование их свойств»
Автор: Кожанина Ярослава Артёмовна
Место работы/учебы: МАОУ СОШ №1 – «Школа Сколково–Тамбов», г. Тамбов, Тамбовская область, 10 класс
Научный руководитель: Зарапина Ирина Вячеславовна, Осетров Александр Юрьевич, доценты кафедры "Химия и химические технологии" ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный технический университет"
Аннотация
Цель работы: разработать антигололедные составы, исследовать их свойства и влияние на окружающую среду.
Задачи: анализ литературных источников, посвященных противогололедным материалам, разработка рецептур антигололедных композиций на основе нитратов металлов, синтез ингибитора коррозии (уротропина), получение антигололедных составов, определение физико-химических свойств полученных составов, определение коррозионной активности антигололедных составов, исследование влияния антигололедных реагентов на развитие растений.
Методы и методики. Синтезирован уротропин из формалина и раствора аммиака. Для получения антигололедных составов использовали кристаллогидраты нитратов кальция и магния, которые измельчали в ступке до тонкого порошка и переносили в тигель, нагревали в муфельной печи. Далее смешивали безводные соли, карбамид и уротропин, измельчали смесь до тонкого порошка и получали антигололедные композиции.
Актуальность создания экологически чистых антигололедных материалов обусловлена необходимостью защиты городской экосистемы от разрушительного воздействия хлоридов, вызывающих засоление почв, гибель растений, коррозию металла и аллергию у людей. Современные разработки нацелены на получение композиций, которые обеспечивают безопасность для окружающей среды и инфраструктуры, снижая риски превышения норм внесения, характерные для традиционных противогололедных реагентов.
Гипотеза исследования: используя нитраты металлов можно получить эффективные и более безопасные антигололедные реагенты с улучшенными свойствами.
Ход работы:
- Определяли температуры кристаллизации путем установления начала замерзания (образования кристаллов льда) 20%-ных растворов противогололедных материалов. За температуру эвтектики принимали температуру, при которой насыщенный раствор полностью замерзает, образуя твердую фазу изо льда и выкристаллизовавшейся из раствора соли.
- Для определения плавящей способности готовили лед в чашке Петри. На поверхность льда распределяли антигололедный состав и помещали в холодильник. Образовавшуюся жидкую фазу удаляли. Плавящую способность определяли гравиметрическим методом.
- Определяли коррозионную активность противогололедный растворов путем выдержки в них стальных образцов. Коррозионные потери определяли гравиметрически.
- Изучалось влияние растворов противогололедных реагентов на темпы прорастания семян растений. Методика исследования включала в себя традиционные методы физиологической биоиндикации, т.е. проращивание семян в чашках Петри, на ватных дисках в затемненных условиях. Следующим этапом изучения действия реагентов на тестеры стало определение длины побегов у исследуемых проростков.
Результаты
Основные выводы:
1. Проанализированы литературные источники, посвященные противогололедным материалам.
2. Разработаны рецептуры трех антигололедных композиций на основе нитратов кальция, магния, карбамида и ингибитора коррозии.
3. Проведен синтез уротропина.
4. Получены антигололедные составы.
5. Определены температуры кристаллизации, эвтектики и плавящая способность по отношению ко льду полученных антигололедных композиций. Проведено их сравнение с параметрами товарного реагента «Антигололед». Установлено, что разработанный состав на основе нитрата магния обладает температурой кристаллизации на 0,7 С и температурой эвтектики на 3 С ниже, чем «Антигололед».
Параметры композиции со смесью нитратов магния и кальция имеет практически такие же параметры, что и товарный антигололедный состав. По величинам температур кристаллизации и эвтектики состав 2, содержащий нитрат кальция, уступает товарному продукту. Плавящая способность всех предложенных составов превышает плавящую способность «Антигололеда», причем составы с нитратом магния могут расплавить льда в 1,5 раза больше, чем имеющийся в продаже состав.
6. Определена коррозионная активность антигололедных составов. Показано, что все представленные составы являются менее коррозионно агрессивными по сравнению с хлоридами, содержащимися в «Антигололеде». Так, скорость коррозии образцов из стали Ст20 в растворе, содержащем Mg(NO3)2 в 1,3 раза; в растворе, содержащем Ca(NO3)2 в 3,5 раза; в растворе, содержащем смесь нитратов в 2 раза ниже, чем в растворе, содержащем хлориды металлов.
7. Исследовано влияния растворов разработанных антигололедных реагентов на развитие растений. Установлено, что они не оказывают негативного влияния на всхожесть семян и длину побега. Так, при действии антигололедных составов, содержащих нитрат магния и смесь нритратов, на 10-е сутки наблюдается 100%-ная всхожесть. При обработке семян составом с нитратом кальция всхожесть составила 90 % от возможной. На 10-е сутки всхожесть семян, обработанных «Антигололедом» составила всего 50 % от возможной. Длина побегов, обработанных растворами нитратов, превышает длину побегов, обработанных раствором товарного противообледенителя в 2 раза.
Таким образом, состав, содержащий смесь нитратов, можно рекомендовать как эффективный и более безопасный антигололедный реагент с улучшенными свойствами. Наша гипотеза подтвердилась.
Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для совершенствования технологии получения противогололедных материалов. Такие составы будут обладать улучшенными свойствами, невысокой коррозионной агрессивностью, сохранять почву и зеленые насаждения.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте.
Дата публикации работы: 18.04.2026
Добавить комментарий