第一篇：2017年若貝爾化學(xué)獎：低溫電子顯微鏡技術(shù)

2017年若貝爾化學(xué)獎：低溫電子顯微鏡技術(shù)

2017年諾貝爾化學(xué)獎的獲得者——Jacques Dubochet，Joachim Frank一級Richard Henderson，同樣是三人獲獎。他們?nèi)瞬⒎且粋€團隊，但是他們都為低溫電子顯微鏡做出了貢獻，這是一種用于高分辨率結(jié)構(gòu)測定溶液中生物大分子的技術(shù)。?X射線晶體衍射技術(shù)（X-RAY CRYSTALLOGRAPHY）即將成為歷史，低溫電子顯微技術(shù)（CRYO-ELECTRON MICROSCOPY）引起了揭示細胞內(nèi)隱秘機制的革命。在劍橋大學(xué)一幢建筑的地下室里，一場技術(shù)革命正在醞釀。

一個笨重的、大約3米高的金屬盒子通過連接細胞的橙色纜線，安安靜靜地傳輸著以萬億字節(jié)計算的數(shù)據(jù)。這是世界上最先進的低溫電子顯微鏡之一：低溫電子顯微鏡通過電子束對冷凍的生物分子進行成像，從而得到分子的三維結(jié)構(gòu)。站在這個耗資770萬美金的儀器旁，英國醫(yī)學(xué)研究委員會分子生物學(xué)實驗室（UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology，LMB）的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家 Sjors Scheres表示，低溫電子顯微鏡非常敏感，一聲喊叫就會帶來極大誤差，導(dǎo)致實驗失敗?！坝枰嗟蜏仉娮语@微鏡，因為未來它會成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的主流?！?/p>

低溫電子顯微鏡震驚了結(jié)構(gòu)生物學(xué)。過去30年里，低溫電子顯微鏡揭示了核糖體、膜蛋白和其它關(guān)鍵細胞蛋白的精細結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)都發(fā)表在頂級雜志上。結(jié)構(gòu)生物學(xué)家們表示，毫不夸張地說，低溫電子顯微技術(shù)正處于革命之中：低溫電子顯微鏡能夠快速生成高分辨率的分子模型，這一點遠超X射線晶體衍射等方法。依靠舊方法獲得諾獎的實驗室也在努力學(xué)習(xí)這一技術(shù)。這種新模型能夠準確地揭示細胞運行的必要機制，以及如何靶向針對疾病相關(guān)的蛋白。

“低溫電子顯微鏡能夠解決很多以前無法解決的謎題?！迸f金山加利福利亞大學(xué)（University of California）的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家David Agard這樣說道。

幾年前Scheres被招進LMB，任務(wù)是幫助改進低溫電子顯微鏡，最終他成功了。上個月，他們發(fā)表了這個領(lǐng)域最令人振奮的成就：阿茲海默癥相關(guān)的酶的高清圖片，圖片包括該酶的1200左右個氨基酸，分辨率達到零點幾納米。

生物學(xué)家們?nèi)缃袢栽谂Πl(fā)展該技術(shù)，以期用它解決小分子或可變形分子的精微結(jié)構(gòu)——這對低溫電子顯微鏡來說，也是一大挑戰(zhàn)。來自加利福利亞大學(xué)（University of California）的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Eva Nogales表示，叫它革命也好，飛躍也好，低溫電子顯微鏡的確打開了一扇大門。

蛋白結(jié)晶

結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域有一條不成文的觀點：結(jié)構(gòu)決定功能。只有知道生物分子的原子排布，研究者們才能了解這個蛋白的功能。例如，核糖體是如何根據(jù)mRNA的序列來制造蛋白，分子孔道是如何開和關(guān)的。幾十年來，分析蛋白結(jié)構(gòu)有一個無冕之王——X射線晶體衍射。在X射線晶體衍射中，科學(xué)家們讓蛋白結(jié)晶，接著利用X射線照射，隨后根據(jù)X射線的衍射來重建蛋白的結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)銀行（Protein Data Bank）的100，000多條蛋白詞目里，超過90%的蛋白結(jié)構(gòu)是利用X射線晶體衍射技術(shù)解析得到的。很多諾貝爾獎也與這一技術(shù)相關(guān)，例如1962年揭示DNA雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)的諾獎。

盡管X射線晶體衍射一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家的最佳工具，但是它有較大的限制?？茖W(xué)家們可能需要幾年才能找到把蛋白形成大塊結(jié)晶的方法。而很多基礎(chǔ)蛋白分子，例如嵌在細胞膜上的蛋白，或是形成復(fù)合體的蛋白卻無法被結(jié)晶。

當(dāng)Richard Henderson 1973年到LMB，研究菌視紫紅質(zhì)（一種利用光把質(zhì)子運進膜內(nèi)的蛋白）結(jié)構(gòu)時，X射線晶體衍射是首選工具。Henderson和他的同事Nigel Unwin成功地做出了該蛋白的二維結(jié)晶，但卻不適用于X射線衍射。因此他們決定使用電子顯微鏡。

當(dāng)時，電子顯微鏡主要用于研究用重金屬染過色的病毒或組織切片。一束光子打在樣本上，新生的電子被檢測到，被用于解析樣本結(jié)構(gòu)。這種方法成功制作了第一幅病毒的精微圖片——一種煙草病毒。但染色導(dǎo)致無法看清各個蛋白，更不要說原子細節(jié)了。Agarad表示，樣本上要么滿是斑點，要么沒染上，你只能看到分子的輪廓。

Herderson等人省略了染色的步驟，把菌視紫紅質(zhì)的單層晶體放到金屬網(wǎng)格中，然后用電子顯微鏡進行成像。Agard表示，這個過程里，你看到的是蛋白的原子。這在當(dāng)時是很大的進步，因為當(dāng)時人們都認為不可能利用電子顯微鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)。Henderson等人在1975年發(fā)表了這一成果。

20世紀80年代和90年代，低溫電子顯微鏡領(lǐng)域發(fā)展迅速。一個關(guān)鍵性突破是利用液態(tài)乙烷來快速冷凍蛋白溶液。這也是為什么叫低溫電子顯微鏡的原因。但這個技術(shù)的分辨率僅為1納米，遠遠達不到針對蛋白結(jié)構(gòu)進行藥物設(shè)計的需求。而當(dāng)時X射線晶體衍射的分辨率能達到0.4納米。NIH等資助者投入了數(shù)億美金來支持蛋白晶體領(lǐng)域的發(fā)展，但對于低溫電子顯微鏡領(lǐng)域的資助卻很少。

1997年，Henderson參加了高登研究會議（Gordon Research Conference）關(guān)于3D電子顯微鏡的年會。一位同事以這樣的話做為開幕致詞，“低溫電子顯微鏡技術(shù)非常有限，不可能超越X射線晶體衍射?！?但Henderson的想法完全不同，在下一場發(fā)言中，他做出了反擊。Henderson指出，低溫電子顯微鏡會超越其它各種技術(shù)，成為全球研究蛋白結(jié)構(gòu)的主流工具。

革命由此開始

在此之后，Henderson等人致力于提高電子顯微鏡的性能——尤其是感知電子的靈敏度。在數(shù)碼相機席卷全球很多年后，很多電子顯微鏡學(xué)家仍然傾向于使用傳統(tǒng)的膠片，因為比起數(shù)碼感應(yīng)器，膠片能更有效地記錄電子。與顯微鏡生產(chǎn)商合作時，研究者們發(fā)明了一種新的直接電子探測器，這種探測器的靈敏度遠高于膠片和數(shù)碼相機探測器。

大約在2012年，這種探測器能夠以一分鐘幾十幀的高速得到單個分子原子的連續(xù)圖像。同時，和Scheres一樣的研究者們精心編寫了將多張2D圖片建成3D模型的軟件程序。這些3D圖像的畫質(zhì)可以媲美X射線晶體衍射獲得的圖像。

低溫電子顯微鏡適用于研究大的、穩(wěn)定的分子，這些分子能夠承受電子的轟擊，而不發(fā)生變形——由多個蛋白組成的分子機器是最好的樣本。因此由RNA緊緊圍繞的核糖體是最佳的樣本。三位化學(xué)家用X射線晶體衍射研究核糖體溶液的工作在2009年獲得了諾貝爾化學(xué)獎，但這些工作花了幾十年。近幾年，低溫電鏡研究者們也陷入了“核糖體熱”。多個團隊研究了多種生物的核糖體，包括人類核糖體的首個高清模型。X射線晶體衍射的研究成果遠遠落后于LMB的Venki Ramakrishnan實驗室，Venki獲得了2009年的諾獎。Venki表示，對于大分子來說，低溫電子顯微鏡遠比X射線晶體衍射要實用。

這幾年，低溫電子顯微鏡的相關(guān)文章有很多：2015年一年，這個技術(shù)就用于100多個分子的結(jié)構(gòu)研究。X-射線晶體衍射只能對單個、靜態(tài)的蛋白晶體成像，但低溫電子顯微鏡能夠?qū)Φ鞍椎亩喾N構(gòu)象進行成像，幫助科學(xué)家們推斷蛋白的功能。

5月，多倫多大學(xué)（University of Toronto）結(jié)構(gòu)生物學(xué)家John Rubinstein等人使用了100，000張低溫電子顯微鏡圖片來生成V-ATPase 的“分子電影”，V-ATPase的作用是消耗ATP，把質(zhì)子運進運出細胞液泡?！蔽覀儼l(fā)現(xiàn)，這個酶非常靈活，可以彎折、扭曲和變型?！?Rubinstein說道。他認為，這是由于這個酶的靈活性，它能夠高效地把ATP 釋放的能量傳遞到質(zhì)子泵。

2013年Nogales的團隊拼接了調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，復(fù)合體的一個臂上懸掛著緊繞DNA鏈的10納米結(jié)構(gòu)，這段結(jié)構(gòu)可能影響基因轉(zhuǎn)錄。Nogales表示，這個結(jié)構(gòu)很漂亮，它可以幫助我們分析這個分子起作用的機制。

小而漂亮

現(xiàn)在低溫電鏡迅猛發(fā)展，專家們正在尋找更大的挑戰(zhàn)作為下一個解析目標(biāo)。對很多人來說，最想解析的是夾在細胞膜內(nèi)的蛋白。這些蛋白是細胞信號通路中的關(guān)鍵分子，也是比較熱門的藥物靶標(biāo)。這些蛋白很難結(jié)晶，而低溫電子顯微鏡不大可能對單個蛋白進行成像，這是因為很難從背景噪音中提取這些信號。

這些困難都無法阻擋加利福利亞大學(xué)（University of California）的生物物理學(xué)家程亦凡。他計劃解析一種細小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是檢測辣椒中引起灼燒感的物質(zhì)的受體，并與其它痛感蛋白緊密相關(guān)。加利福利亞大學(xué)病理學(xué)家David Julius等人之前嘗試結(jié)晶TRPV1，結(jié)果失敗。用低溫電子顯微鏡解析TRPV1項目，一開始進展緩慢。但2013年底，技術(shù)進步使得這一項目有了重大突破，他們獲得了分辨率為0.34納米的TRPV1蛋白的結(jié)構(gòu)。該成果的發(fā)表對于領(lǐng)域來說，無異于驚雷。因為這證實了低溫電子顯微鏡能夠解析小的、重要的分子?！爱?dāng)我看到TRPV1的結(jié)構(gòu)時，我激動得一晚上睡不著覺?！盧ubinstein說道。

研究者們可能面臨更多這樣無眠的夜晚。Agard表示，會有更多膜蛋白相繼被解析出來。

上個月由Scheres和清華大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家施一公合作發(fā)表的一篇文章就成功解析了一個膜蛋白。他們建立了γ-分泌酶的模型，γ-分泌酶負責(zé)合成與阿茲海默癥相關(guān)的β-淀粉斑。0.34納米分辨率的圖譜顯示，比較少見的遺傳性阿爾茨海默病的γ-分泌酶突變后會在圖譜上呈現(xiàn)兩個“熱點”（突變或者重組頻率顯著增加的位點），并且這種突變最終會合成有毒性的β-淀粉斑。γ-分泌酶的結(jié)構(gòu)圖幫助研究者發(fā)現(xiàn)為什么以往的抑制劑會無效，從而促進新藥的研發(fā)。程亦凡表示，γ-分泌酶的結(jié)構(gòu)非常驚人。

類似的成功吸引了制藥公司的注意。他們希望借助低溫電子顯微鏡去解析那些無法結(jié)晶的蛋白，從而更好地研發(fā)藥物。Scheres如今和輝瑞公司合作，攻克離子通道。離子通道包含很多膜蛋白，例如痛感受分子和神經(jīng)遞質(zhì)受體?！拔?guī)缀醣幻恳粋€人聯(lián)系過?！盢ogales這樣說道。

盡管低溫電子顯微鏡發(fā)展迅速，很多研究者認為，它仍有巨大提升空間。他們希望能制造出更靈敏的電子探測器，以及更好地制備蛋白樣本的方法。這樣的話，就能夠?qū)Ω〉摹⒏鼊討B(tài)的分子進行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者發(fā)表了一篇細菌蛋白的結(jié)構(gòu)，分辨率達到了0.22納米。這也顯示了低溫顯微鏡的潛力。

與任何熱門領(lǐng)域一樣，低溫電子顯微鏡的發(fā)展也有煩惱。一些專家擔(dān)心研究者們盲目追求該儀器會誘發(fā)一些問題。2013年HIV表面蛋白的結(jié)構(gòu)圖遭到了科學(xué)家們的質(zhì)疑，他們認為用于建模的圖片很多都是白噪聲。此后，其他團隊得到的X射線晶體衍射和低溫電子顯微鏡模型也對原模型提出了質(zhì)疑。但這些研究者們堅持相信自己的結(jié)果。今年6月，在高登研究會議（Gordon Research Conference）上，研究者們希望低溫電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)圖要有嚴格的質(zhì)量控制。并且雜志要求作者們提供詳細的建模方法。

成本問題可能會限制低溫電子顯微鏡的推廣。Scheres估計，LMB每天用于支持低溫電子顯微鏡的經(jīng)費就達到近3萬人民幣，外加近1萬的電費——這是由于存儲和處理圖片的電腦耗電量很大。Scheres表示，每天至少要花費近4萬人民幣，對于很多地方來說，這個費用太高。為了推廣低溫電子顯微鏡，很多基金會建立了對外公開的設(shè)備，各地研究者們可以預(yù)約使用?；羧A德·休斯醫(yī)學(xué)研究所（Howard Hughes Medical Institute，HHMI）在珍利亞農(nóng)場研究園區(qū)配備了一臺。這臺設(shè)備對所有HHMI資金的研究者公開。在英國，政府和維康信托在牛津大學(xué)附近建立了低溫電鏡公開使用平臺。參與該平臺搭建的倫敦大學(xué)（University of London）的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Helen Saibil表示，有很多人想學(xué)習(xí)使用低溫電鏡。

洛克菲勒大學(xué)（Rockefeller University）的生物物理學(xué)家Rod MacKinnon就是這些人之一。他在2003年因解析一些離子通道的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾獎。MacKinnon現(xiàn)在對低溫電鏡非常著迷?！拔椰F(xiàn)在處于學(xué)習(xí)曲線的斜坡階段，非常熱切?！?MacKinnon這樣說道。他打算用低溫電鏡來研究離子通道是如何開和關(guān)的。

1997年時，Henderson非常堅定地宣稱，低溫電鏡會成為解析蛋白結(jié)構(gòu)的主流工具。在將近20年后的今天，他的預(yù)測比當(dāng)年有了更多底氣。Henderson表示，如果低溫電鏡保持這樣的勢頭繼續(xù)發(fā)展，技術(shù)問題也得以解決，那么低溫電鏡不僅會成為解析蛋白結(jié)構(gòu)的第一選擇，而是主流選擇。這個目標(biāo)已經(jīng)離我們不遠了。

第二篇：切若貝爾利核電站事故

切爾諾貝利核電站

1986年4月26日，世界上最嚴重的核事故在蘇聯(lián)(Soviet Union)切爾諾貝利核電站發(fā)生。烏克蘭基輔（Ukraine）市以北130公里的切爾諾貝利核電站的災(zāi)難性大火造成的放射性物質(zhì)泄漏，污染了歐洲的大部分地區(qū)，國際社會廣泛批評了蘇聯(lián)對核事故消息的封鎖和應(yīng)急反應(yīng)的遲緩。在瑞典境內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射物質(zhì)含量過高后，該事故才被曝光于天下。

切爾諾貝利核電站是前蘇聯(lián)最大的核電站，共有4臺機組。4月，在按計劃對第4機組進行停機檢查時，由于電站人員多次違反操作規(guī)程，導(dǎo)致反應(yīng)堆能量增加。26日凌晨，反應(yīng)堆熔化燃燒，引起爆炸，沖破保護殼，廠房起火，放射性物質(zhì)源源泄出。用水和化學(xué)劑滅火，瞬間即被蒸發(fā)，消防員的靴子陷沒在熔化的瀝青中。1、2、3號機組暫停運轉(zhuǎn)，電站周圍30公里宣布為危險區(qū)，撤走居民。事故發(fā)生時當(dāng)場死2人，遭輻射受傷204人。5月8日，反應(yīng)堆停止燃燒，溫度仍達300℃；當(dāng)?shù)剌椛鋸姸茸罡邽槊啃r15毫倫琴，基輔市為0.2毫倫琴，而正常值允許量是0.01毫倫琴。瑞典檢測到放射性塵埃，超過正常數(shù)的100倍。西方各國趕忙從基輔地區(qū)撤出各自的僑民和游客，拒絕接受白俄羅斯和烏克蘭的進口食品。原蘇聯(lián)官方4個月后公布，共死亡31人，主要是搶險人員，其中包括一名少將；得放射病的203人；從危險區(qū)撤出13.5萬人。1992年烏克蘭官方公布，已有7000多人死亡于本事故的核污染。

5月9日，國際原子能機構(gòu)總干事布利克斯應(yīng)蘇聯(lián)政府邀請，乘直升飛機從800米高空察看核電站的情況，他認為這是迄今為止世界上最嚴重的一次核事故。

災(zāi)后兩年之中，26萬人參加了事故處理，為4號核反應(yīng)堆澆了一層層混凝土，當(dāng)成“棺材”埋葬起來。清洗了2100萬平方米“臟土”，為核電站職工另建了斯拉烏捷奇新城，為撤離的居民另建2.1萬幢住宅。這一切，包括發(fā)電減少的損失，共達80億盧布(約合120億美元)。烏克蘭政府已作出永遠關(guān)閉該電站的決定。

白俄羅斯共和國損失了20%的農(nóng)業(yè)用地，220萬人居住的土地遭到污染，成百個村鎮(zhèn)人去屋空。烏克蘭被遺棄的禁區(qū)成了盜賊的樂園和野馬的天堂，所有珍貴物品均被盜走，也因此將污染擴散到區(qū)外。近核電站7公里內(nèi)的松樹、云杉凋萎，1000公頃森林逐漸死亡。30公里以外的“安全區(qū)”也不安全，癌癥患者、兒童甲狀腺患者和畸形家畜急劇增加；即使80公里外的集體農(nóng)莊，20%的小豬生下來也發(fā)現(xiàn)眼睛不正常。上述怪癥都被稱為“切爾諾貝利綜合癥”。

土地、水源被嚴重污染，成千上萬的人被迫離開家園。切爾諾貝利成了荒涼的不毛之地。10年后，放射性仍在繼續(xù)危脅著白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯約800萬人的生命和健康。專家們說，切爾諾貝利事故的后果將延續(xù)一百年。

核泄漏事故后產(chǎn)生的放射污染相當(dāng)于日本廣島原子彈爆炸產(chǎn)生的放射污染的100倍。10年后，放射性仍在繼續(xù)威脅著白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯約800萬人的生命和健康。有超過20萬人死于與輻射有關(guān)的疾病。專家們說，消除核泄漏事故后遺癥需800年。

這就是全球最嚴重的核泄漏災(zāi)難——切爾諾貝利事故。直到現(xiàn)在，這場災(zāi)難依然是人們心頭揮之不去的夢魘。

切爾諾貝利核電站位于烏克蘭北部，距首都基輔只有140公里，它是原蘇聯(lián)時期在烏克蘭境內(nèi)修建的第一座核電站。曾幾何時，切爾諾貝利是蘇聯(lián)人民的驕傲，被認為是世界上最安全、最可靠的核電站。

1986年4月26日凌晨1時許，隨著一聲震天動地的巨響，火光四起，烈焰沖天，火柱高達30多米。切爾諾貝利核電站4號核反應(yīng)堆發(fā)生爆炸，其廠房屋頂被炸飛、墻壁坍塌，當(dāng)場死亡2人。據(jù)估算，核泄漏事故后產(chǎn)生的放射污染相當(dāng)于日本廣島原子彈爆炸產(chǎn)生的放射污染的100倍。爆炸使機組被完全損壞，8噸多強輻射物質(zhì)泄漏，塵埃隨風(fēng)飄散，致使俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭許多地區(qū)遭到核輻射的污染。

爆炸發(fā)生后，在莫斯科的核專家和蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人得到的信息只是“反應(yīng)堆發(fā)生火災(zāi)，但并沒有爆炸”，這導(dǎo)致蘇聯(lián)官方接收了錯誤的匯報并產(chǎn)生錯誤判斷，因此反應(yīng)遲緩，一開始并沒有引起蘇聯(lián)高層的重視。

在事故后 48小時，政府才開始疏散一些距離核電站很近的村莊，同時派出軍隊強制人們撤離。許多人在撤離前就已經(jīng)吸收了致命量的輻射。當(dāng)?shù)卣恢辈粚用窀嬷虑榈娜空嫦?，這是因為官方擔(dān)心會引起人們恐慌。當(dāng)時在現(xiàn)場附近村莊測出的是致命量幾百倍的核輻射，而且輻射值還在不停地升高。

事故后3天，莫斯科派出的一個調(diào)查小組到達現(xiàn)場，可是他們遲遲無法提交報告，蘇聯(lián)政府還不知道事情真相。

更重要的是，事故不只是影響到了核設(shè)施所在地區(qū)所在國家的利益，它越過了國界，波及毗鄰國家，引起了別國的慌亂。終于在事件過了差不多一周后，莫斯科接到從瑞典政府發(fā)來的信息。此時輻射云已經(jīng)飄散到瑞典。蘇聯(lián)當(dāng)局終于明白事情遠沒有他們想的那么簡單。

蘇聯(lián)當(dāng)局這才匆忙調(diào)集了成千上萬的救援者到切爾諾貝利，在缺乏設(shè)備的情況下，基本上是靠人的手來完成清理工作的，他們當(dāng)中許多人幾秒鐘之內(nèi)便吸收了常人一生遭受的輻射劑量。政府隨后為所有受傷者提供了緊急醫(yī)療救護。同時，一個專家組甚至開始用軍用直升機投放硼、白云石、沙子、黏土、鉛的混合物來覆蓋毀壞的反應(yīng)堆，才終于將反應(yīng)堆的大火撲滅，同時也控制住了輻射。

專家對30千米以內(nèi)和30千米范圍以外的水體底部沉積物中放射性同位素含量組織了監(jiān)測。為制止該電站第4機組廢墟中殘留的核燃料擴散，有關(guān)單位用厚厚的混凝土堆造了一個有復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)的多層大型建筑物，把第4機組的全部設(shè)施埋在其中，這個建筑物成了“石屋”。

2000年11月，烏克蘭政府宣布整個切爾諾貝利發(fā)電廠停止發(fā)電，永遠不再運作。

這次核泄漏事件，使土地、水源被嚴重污染，成千上萬的人被迫離開家園。再加上蘇聯(lián)政府對切爾諾貝利危機的應(yīng)對遲緩，竟然讓成千上萬的救援者沒有任何防輻設(shè)備就沖到前線，令死亡和受傷害人數(shù)更加擴大。10年后，放射性仍在繼續(xù)威脅著白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯約800萬人的生命和健康，有超過20萬人死于與輻射有關(guān)的疾病。專家們說，消除切爾諾貝利核泄漏事故后遺癥需800年。

◎智慧解碼

這場災(zāi)難緣于反應(yīng)堆設(shè)計缺陷、運行操作人員嚴重違反安全規(guī)程、有關(guān)人員缺少必要的安全知識、缺乏必要的核事故應(yīng)急準備等等原因，說是人禍亦不為過。核能可以造福眾生，也可以為禍人間，是福是禍，最終取決于人。那些令人或悲傷或動容的故事，其實都是在告訴我們兩個詞——安全與責(zé)任。當(dāng)人們拿起核能這把雙刃劍時，請不要忘記切爾諾貝利那無言的訴說。

第三篇：極端低溫天氣下溫室防控技術(shù)

極端低溫天氣下溫室防控技術(shù)

為了應(yīng)對可能出現(xiàn)的降雪和降溫天氣，確保各項防寒、防凍措施到位，最大程度地減輕災(zāi)害性天氣對日光溫室作物生產(chǎn)造成的影響和損失，應(yīng)做好以下幾項工作。

1、加蓋防雪薄膜

日光溫室覆蓋草簾（保溫被）后，在條件允許情況下，應(yīng)在草簾上再縫制或加蓋一層舊棚膜。其優(yōu)點：一是能減少夜間溫室內(nèi)的熱量散失，二是便于雪天清掃積雪；三是能防止下雪時雪水淋濕草簾（保溫被）。

2、用活動立柱支撐龍骨架

大雪天氣時在距溫室前沿3米左右處用活動立柱頂住龍骨架，增強抗壓能力，防止溫室變形或坍塌。

3、及時清掃積雪

雪后要及時清掃積雪，防止因載重太大而造成龍骨架變形或溫室坍塌。

4、在溫室出入口處掛門簾

為防止冷風(fēng)由溫室門口吹入室內(nèi)，必須配備緩沖間，并在溫室出入口吊掛門簾，在溫室門口走道掛3米左右薄膜圍裙，防止人員進出溫室時冷風(fēng)直接吹到室內(nèi)作物。

5、前坡圍立草簾

在日光溫室內(nèi)種植喜溫蔬菜時，如遇大雪或較強降溫天氣，在溫室前屋面前沿豎一排立草簾，阻擋寒風(fēng)，提高溫室的保溫效果；

6、在行間或溝內(nèi)覆蓋一層麥桿或其它碎草

覆蓋麥草后既保溫又降濕還能增加二氧化碳，利于作物生長，提高作物產(chǎn)量。

7、后墻掛反光膜

冬季，在日光溫室后墻上張掛反光膜，可改善溫室內(nèi)北部蔬菜植株的光照條件，地溫、氣溫一般平均升高2℃左右，植株葉片的光合能力也明顯提高。

8、清潔棚膜

日光溫室薄膜在使用中易吸附灰塵，或在草簾卷放中易散落草屑，因而造成薄膜透光率降低，需要經(jīng)常進行人工除塵，提高棚膜透光率，增加光照，提高溫度。

9、加強溫度管理

晚揭早蓋草簾（保溫被）并盡量少通風(fēng)，使溫室內(nèi)積蓄較多熱量。

10、合理灌水施肥

在下雪天或出現(xiàn)較強降溫天氣時，盡量不澆水，因為在覆蓋地膜的情況下土壤水分散失較緩慢。如果土壤干旱，作物表現(xiàn)缺水時，可選降溫天氣過后，天氣晴朗的白天，采用膜下滴灌或膜下澆小水，或用水壺點澆溫水，千萬不可用冷水進行漫灌，以免降低地溫。深冬季節(jié)蔬菜作物生長發(fā)育緩慢，需肥少。如需追肥時，最好配合滴灌施入，實行水肥一體化管理。待天氣轉(zhuǎn)暖后，再適當(dāng)增加澆水和施肥的次數(shù)。

11、充分利用散射光

陰雪天氣期間，利用降雪間隙可抓住機會揭開草簾1～2小時，充分利用散射光，利于植株進行光合作用和室內(nèi)增溫，以緩解低溫及黑暗環(huán)境對植株的危害。

12、雪后突然放晴，揭花簾采光

日光溫室遇連續(xù)陰雪天后突然放晴，揭開草簾后，光照特別強，氣溫很快升高，空氣濕度下降。蔬菜作物在較長時間未見光，地溫又低，根系活動能力下降，水分蒸騰加快，容易失水萎蔫，在這種情況下，需要給蔬菜作物噴灑清水，提高空氣濕度。同時還要放下花簾遮蔭，避免突然的高溫強光和很低的空氣濕度對蔬菜作物造成“閃苗”危害。

13、低溫引起“花打頂”時適當(dāng)疏掉一些幼果 適當(dāng)摘除幼果，以利枝蔓生長增強作物抗逆性。

14、噴施抗寒劑和葉面肥

在大雪前噴施防凍藥劑或抗寒劑（如天達2116等），增強作物的抗寒能力。噴施葉面肥，加強蔬菜長勢，有利于提高蔬菜作物的抗寒能力。

民勤農(nóng)技中心 胡健泰

第四篇：淺談淺圓倉低溫儲糧技術(shù)的應(yīng)用

淺談淺圓倉低溫儲糧技術(shù)的應(yīng)用

淺談淺圓倉低溫儲糧技術(shù)的應(yīng)用 隋成波（遼寧省鞍山市第二糧庫，遼寧鞍山114041）摘要：充分利用東北地區(qū)北方自然低溫，采用機械通風(fēng)降低糧溫，夏季采取壓蓋隔熱措施保持糧堆的“冷心”不被破壞，使儲根維持在低溫狀態(tài)，達到減緩陳化，安全儲糧和保鮮的目的。

關(guān)鍵詞：淺圓倉；糧食儲藏；低溫；機械通風(fēng)；谷物冷卻

為了改變我國糧食倉容量不足，流通狀態(tài)落后，倉儲設(shè)施不配套的局面，我國在1998年將淺圓倉作為一種新的倉型引人到新倉建設(shè)中，并為之配備了機械通風(fēng)、電子檢溫、環(huán)流熏蒸、谷物冷卻4項儲糧新技術(shù)。對各基層糧庫保糧工作人員來說，淺圓倉儲糧工藝是新事物、新技術(shù)，缺乏相應(yīng)的技術(shù)支持和應(yīng)用經(jīng)驗。因此，探討淺圓倉儲糧新特性和掌握儲糧管理規(guī)律成為當(dāng)前國儲庫魚待解決的實際問題。

為了進一步掌握、探討和完善4項儲糧新技術(shù)，筆者結(jié)合我國北方地區(qū)儲糧環(huán)境特性，開展了淺圓倉低溫儲糧的生產(chǎn)性試驗。利用遼寧省鞍山市第二糧庫已建成的2座淺圓倉和2座立筒倉進行了低溫儲糧對比試驗，初步了解和掌握了淺圓倉低溫儲糧的相關(guān)技術(shù)，為尋找一套適合東北地區(qū)儲糧環(huán)境的成熟、高效、實用的儲糧方案提供參考。低溫儲糧原理

低溫儲糧是指通過自然或機械的方法，使糧堆的溫度長期保持在15℃以下，從而降低糧食的呼吸強度，抑制害蟲和微生物的生長，減少或降低糧食的損失，延緩儲糧品質(zhì)的陳化，以達到安全儲糧和保鮮的目的。

1．1溫度對呼吸強度的影響

在一定的溫度范圍內(nèi)（低于40~ 45℃以下），糧食的呼吸強度隨溫度的升高而成倍增加（例如：小麥溫度由15℃上升到25℃時呼吸系數(shù)即呼吸強度增加1．8~ 1．9倍，10℃時的呼吸強度是0℃的2．86倍，因此，采用低溫儲糧的辦法可以降低糧食的呼吸作用，增大糧食的儲藏穩(wěn)定性。

1．2 溫度對糧食微生物生長的影響

儲糧微生物的生長繁殖的適應(yīng)溫度范圍是20 ~ 40 ℃，在低溫條件下儲糧微生物生長繁殖受到了很大的抑制，因此，合理地控制糧食溫度和濕度能夠有效地防止糧食霉變的發(fā)生。

1．3溫度對儲糧害蟲的影響

儲糧害蟲和其他昆蟲一樣是變溫動物，其體溫隨外溫的變化而變化。一般條件下，當(dāng)溫度低于15℃時，大多數(shù)儲糧害蟲的身體開始出現(xiàn)冷麻痹，害蟲不能完成其生活史；當(dāng)溫度低至5~10℃，害蟲開始出現(xiàn)冷昏迷，活動受阻，不能取食，結(jié)果造成害蟲衰竭死亡；0℃以下時，害蟲因體液結(jié)凍而死亡。因此，低溫儲糧不僅能抑制儲糧害蟲的生長與發(fā)育，還能對儲糧害蟲起到防治的效果，是殺滅儲糧害蟲的有效手段。

1．4低溫狀態(tài)下的糧食品質(zhì)

低溫儲藏的糧食由于呼吸作用弱，呼吸消耗的干物質(zhì)較少，糧食的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類、酸性物質(zhì)等變化緩慢，糧食的品質(zhì)相對較好。低溫儲糧不僅保證了糧食的品質(zhì)，而且減少了熏蒸次數(shù)，減輕了藥劑的污染，更適合于高品質(zhì)糧食的儲藏。

2試驗?zāi)康挠捎跍\圓倉單倉儲糧數(shù)量較大，糧層相對較厚，加之糧食是熱的不良導(dǎo)體，在冬季，利用自然冷源采用機械通風(fēng)的方式將糧堆溫度降低到低溫標(biāo)準后，再對糧堆采取隔熱保溫措施。在夏季外溫回升期間，糧堆內(nèi)部依然能夠保持“冷心”狀態(tài)，確保糧堆內(nèi)絕大多數(shù)糧食長期處于低溫條件，這對于延緩糧食品質(zhì)的陳化，防蟲，防霉以及改善糧食加工品質(zhì)具有十分重要的意義。因此，通過這次淺圓倉低溫儲糧生產(chǎn)性試驗，努力探尋一種切實可行、經(jīng)濟高效適合我?guī)鞂嵡榈牡蜏?/p>

儲糧新工藝，提高我?guī)斓目茖W(xué)儲糧和倉儲管理的現(xiàn)代化水平，為今后低溫儲糧工藝在我?guī)斓耐茝V和使用提供依據(jù)。

3試驗方法和材料

3.1試驗時間

試驗時間2006-05-2007-08。

3.2試驗倉房

淺圓倉是遼寧鞍山國家糧食儲備庫新倉建設(shè)的主體工程之一，由6個單倉由東向西一字排列，單倉設(shè)計容量為8 340 t,淺圓倉筒徑為30 m,倉頂標(biāo)高21.5 m，檐口標(biāo)高14.5 m，淺圓倉筒壁為270 mm厚的鋼筋混凝土滑模結(jié)構(gòu)，倉頂為帶肋梁的鋼筋混凝土球冠薄殼結(jié)構(gòu)屋蓋。淺圓倉的倉頂上有4個自然通風(fēng)孔,4個軸流風(fēng)機孔分別用螺桿式閘板密封，倉頂1個人糧口用螺桿式閘板密封。進人孔用蓋板門密封，還有30個測溫電纜進線孔用水泥與硅酮膠混合密封。倉下卸糧口用氣密閘板和電動閘板密封。倉底通廊及通風(fēng)口中分別用硅酮膠蓋板、膠墊、法蘭、螺栓緊固密封。本次試驗的試驗倉為Q3 , Q4。

3．3對比倉房

立筒倉是遼寧鞍山國家糧食儲備庫1998年建設(shè)的倉房，倉高18.0 m，內(nèi)徑10 m，設(shè)計倉容800 t，倉壁為370 mm厚的磚混凝土結(jié)構(gòu)，倉頂為平水泥預(yù)制板，有150 mm珍珠巖保溫層和油氈瀝青防水層。倉底有雙環(huán)狀通風(fēng)風(fēng)道，倉房未進行專業(yè)密封。本次試驗的對比倉為L1，L2。

3．4糧食的基本情況

淺圓倉Q3,Q4號和立筒倉L1,L2儲存的糧食均為2005生產(chǎn)的玉米，人倉時的質(zhì)量等級均在中等以上，倉內(nèi)儲藏狀態(tài)全部為散堆儲藏，各倉糧食的品質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

3.5試驗用風(fēng)機：

風(fēng)機類型：4-72-11NQ．6離心式通風(fēng)機（共有4臺）；功率：7.5 kW;風(fēng)量：16 500 m3/h;轉(zhuǎn)速：1 800 r/min；通風(fēng)類型：正壓力通風(fēng)；通風(fēng)的目的：降溫。

3.6谷物冷卻機

試驗所用谷冷機是廣東吉榮空調(diào)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GLA78。制冷量：78 kW；壓縮機功率：

29.8 kW；名義送風(fēng)量：5 300 m3/h；送風(fēng)功率：18.5 kW；溫控范圍：7~ 180℃：濕控范圍：65％~ 95％（RH）；冷凝機功率：6 X 0.68 kW；冷凝機送風(fēng)量：6 X 10 000 m3/h。

3.7倉房的密閉

3．7．1淺圓倉的氣密性

Q3,Q4倉從500 Pa衰減至250 Pa的壓力衰減期見表2。

3.7.2試驗倉的壓蓋

Q4和L1采取了雙層編織薄膜內(nèi)包保溫棉氈墊壓蓋，保溫棉墊具有良好的保溫性和吸濕性（每片面積為10 mX2 m=20 m2），使用靈活方便，成本低廉；淺圓倉單倉需40片保溫棉墊，立筒倉單倉需5片保溫棉墊。

4試驗步驟

4．1降溫方式的選取

降溫方式見表3。

通過表3可以得出，在冬季利用自然冷源的機械通風(fēng)方式最經(jīng)濟高效，更適合北方地區(qū)的儲糧環(huán)境；谷物冷卻方式更適合在夏季應(yīng)急處理發(fā)熱糧情，是倉儲保糧的“殺手锏”。根據(jù)滿足的通風(fēng)條件和降溫需要，選擇適宜的時機和降溫方式適時降溫，并記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，以備分析研究試驗結(jié)果時使用。

4.2密閉和壓蓋

淺圓倉在新糧人倉和通風(fēng)降溫后應(yīng)立即密閉，在每次通風(fēng)冷卻后必須重新壓蓋糧面，密閉倉房，并記錄下密閉和壓蓋的時間、糧溫及人工等數(shù)據(jù)備查。

4.3日常管理和數(shù)據(jù)的采集

(1)為了確保試驗倉內(nèi)儲糧的安全，對試驗倉采取電子檢溫和人工檢測相結(jié)合，每周檢測1次糧溫和蟲情；分析比較對比倉的糧情，發(fā)現(xiàn)糧情隱患及時處理，并記錄下糧情、蟲情等相

關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)每月對各試驗倉進行1次糧情、糧食品質(zhì)大普檢，考察低溫安全儲糧試驗的實際效果。

(3)詳細記錄試驗倉和對比倉在整個試驗過程中所發(fā)生的各項費用（包括人工費、電費、藥物熏蒸費、機械設(shè)備折舊費、其他雜費等），為經(jīng)濟分析提供依據(jù)。

4．4試驗結(jié)束時間點的確定

通過整理試驗數(shù)據(jù)，綜合分析儲糧的品質(zhì)、糧情、蟲情及其他客觀條件，根據(jù)需要適時結(jié)束本次試驗，但試驗至少要經(jīng)歷1個完整的儲藏。

5試驗結(jié)果分析

(1)在歷經(jīng)15個月的生產(chǎn)性試驗后，積累了大量的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，各試驗倉和對比倉糧情和糧食質(zhì)量數(shù)據(jù)見表4和表5。

分析表4,表5不難發(fā)現(xiàn)，淺圓倉各項儲糧條件均優(yōu)于立筒倉，壓蓋糧較未壓蓋糧食的儲藏穩(wěn)定一些，壓蓋糧堆表面發(fā)熱和結(jié)露的情況基本杜絕，而未壓蓋的糧倉存在局部發(fā)熱和結(jié)露的威脅。一方面壓蓋后的糧食表面溫度較低，不適宜蛾類等儲糧害蟲的生長，淺圓倉在壓蓋后除糧堆表面1~2 m深度的糧溫高于0 ℃,80％以上的糧食在整個儲糧期內(nèi)都處于低溫狀態(tài)，儲糧害蟲和微生物都很難生長、繁殖；另一方面壓蓋十分明顯地阻礙了糧堆內(nèi)部空氣和水分的對流轉(zhuǎn)移，糧食發(fā)熱和結(jié)露等糧情發(fā)生的機會減少了，儲糧的風(fēng)險也就大大的降低了。

(2)分析比較試驗倉和對比倉儲藏糧食品質(zhì)的變化情況（詳見表

1、表4和表5)，可以知道在15個月的試驗期結(jié)束后，淺圓倉儲藏的糧食比立筒倉所儲糧食品質(zhì)變化緩慢，壓蓋后相比較未壓蓋優(yōu)勢不明顯。在進行感官評定時，淺圓倉儲藏的糧食的口感、色澤、氣味等感官

指標(biāo)明顯好于立筒倉。由此可以判斷，低溫儲糧在一定程度上延緩了糧食的陳化，對糧食的保鮮具有顯著的效果。

(3)在整個試驗過程中，Q3、Q4號倉始終沒有進行環(huán)流熏蒸，只對糧堆表面、倉門出糧口等儲糧害蟲活躍部位采取了消毒、布置防蟲線等防護手段，取得了良好的防蟲效果，減少了糧食的熏蒸次數(shù)和用藥量，不僅節(jié)約了高昂的藥劑費用和熏蒸費，還減低了保糧人員接觸有毒藥劑的危害，具有良好的環(huán)保效益。

(4)據(jù)初步預(yù)測，淺圓倉大糧堆儲糧降低成本的優(yōu)勢明顯，可以認為淺圓倉是現(xiàn)階段最適宜低溫儲糧的倉型之一?？傮w來看，低溫儲糧具有常溫儲糧所無法比擬的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：①單位儲糧成本較低；②儲糧風(fēng)險較??；③可減少對糧食及環(huán)境的污染和危害，具有一定程度的保鮮效果；④具有良好的經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)。低溫儲糧需要注意的是：①對倉型、密閉、保溫條件要求高；②選擇合適的降溫方式和時機是關(guān)鍵。

6結(jié)論

淺圓倉低溫儲糧方案來源于儲糧保糧第一線的探索和總結(jié)，整個試驗過程始終從實際生產(chǎn)需要的角度出發(fā)，不單純?yōu)樵囼灦囼灐Ｒ虼?，有理由相信，淺圓倉低溫儲糧這項結(jié)合了4項儲糧新技術(shù)的儲糧方案具有操作簡便，可廣泛推廣應(yīng)用等特性。但在試驗中也發(fā)現(xiàn)，壓蓋給檢查糧情帶來了一定的困難，增加了人工費用的支出，并且如果壓蓋物消毒不徹底很可能成為儲糧害蟲和微生物滋生的溫床，極易引起糧堆表面蟲霉大量的繁殖，成為引發(fā)發(fā)熱和結(jié)露的導(dǎo)火索。因此，一定要對壓蓋物進行徹底的消毒。在整個試驗中，降溫的方式和時機的把握是淺圓倉低溫儲糧的關(guān)鍵，而倉房的密閉和保溫是基礎(chǔ)。

在上述結(jié)果和分析的基礎(chǔ)上，筆者認為淺圓倉低溫儲糧試驗技術(shù)在實踐中獲得了初步的成功，淺圓倉低溫儲糧是一套適合北方地區(qū)使用的具有良好經(jīng)濟效益和環(huán)保效應(yīng)的儲糧新方案。

第五篇：聚羧酸高效減水劑的低溫合成技術(shù)及性能研究

聚羧酸高效減水劑的低溫合成技術(shù)及性能研究

---青島鼎昌新材料 引言近年來，混凝土外加劑的生產(chǎn)已經(jīng)朝著高性能、無污染方向發(fā)展。以聚羧酸系為代表的第三代高性能減水劑大量應(yīng)用于大型建設(shè)工程。該類減水劑的主要優(yōu)點是摻量低、減水率高、高分散性、高保坍性、引言

近年來，混凝土外加劑的生產(chǎn)已經(jīng)朝著高性能、無污染方向發(fā)展。以聚羧酸系為代表的第三代高性能減水劑大量應(yīng)用于大型建設(shè)工程。該類減水劑的主要優(yōu)點是摻量低、減水率高、高分散性、高保坍性、引氣量小、不泌水等，是配制高強度、高耐久性、大流態(tài)等高性能混凝土的首選減水劑，并被國內(nèi)外公認為環(huán)保型高性能減水劑，對此類減水劑的合成研究是當(dāng)前混凝土外加劑研究領(lǐng)域的最熱門課題之一。

目前，聚羧酸合成技術(shù)已經(jīng)比較成熟、穩(wěn)定，但仍存在著合成溫度比較高(60 ～80 ℃)，整個反應(yīng)時間比較長(5 ～7 h)，生產(chǎn)效率低的問題對于在低溫條件下、高效合成減水劑的工藝罕見報道，因此開發(fā)出一種合成溫度低、反應(yīng)時間短的合成方法顯得尤為重要。本研究從降低聚合反應(yīng)的溫度(20 ～25 ℃)入手，以異戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酸、復(fù)合引發(fā)劑 E 等為原料，在較短反應(yīng)時間內(nèi)(2 h)，通過自由基共聚合反應(yīng)合成聚羧酸高效減水劑，實現(xiàn)一種聚羧酸減水劑的低溫合成技術(shù)。試驗

2． 1 主要原料和設(shè)備

異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)，工業(yè)品;甲基丙烯磺酸鈉(SAMS)，化學(xué)純;丙烯酸(AA)，工業(yè)品;去離子水，工業(yè)品;氫氧化鈉，分析純;引發(fā)劑 E。

DF-101S 集熱式磁力攪拌(河南智誠儀器有限公司);DW-1 型電動攪拌器(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠);分析天平(上海精密儀器有限公司);NJ-160A 水泥凈漿攪拌機(無錫市建鼎建工儀器廠);蠕動泵(保定創(chuàng)銳泵業(yè)有限公司)。2． 2 聚羧酸減水劑的制備

一定量的 TPEG2400 單體和 SAMS 置入四口燒瓶中，加入適量的去離子水，開啟蠕動泵，于2 h 內(nèi)勻速滴加引發(fā)溶劑 E 及 AA 水溶液，反應(yīng)過程中溫度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(NaOH)=40% 的水溶液調(diào)節(jié)體系 pH 值至中性，即得聚羧酸產(chǎn)品。2． 3 產(chǎn)品性能測試

水泥凈漿流動度與 1 h 經(jīng)時流動度的測量，按照 GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，水灰比 0． 29，減水劑摻量 0． 18%，分別測定水泥凈漿流動度和水泥砂漿減水率。結(jié)果與討論

3． 1 酸醚比對減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定甲基丙烯磺酸鈉(SAMS)的配比，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%((相對于所有單體總摩爾量的百分比，下同)，保持其他操作條件的相同情況下，考查不同酸醚比 n(AA)∶ n(TPEG2400)對減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗結(jié)果見圖 1。

由圖 1 可知，隨著 n(AA)∶ n(TPEG2400)的增大，凈漿流動度逐漸增大。當(dāng) n(AA)∶ n(TPEG2400)= 4時水泥凈漿流動度達到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于減水劑吸附到水泥顆粒表面，TPEG 中的PEO 側(cè)鏈在水泥顆粒間產(chǎn)生良好的空間阻礙作用，使水泥顆粒不能彼此靠近，有效阻礙水泥的絮凝，且-COOH 與 PEO 側(cè)鏈的比例適當(dāng)，主鏈上帶電荷基團的靜電斥力和側(cè)鏈上的空間位阻效應(yīng)的協(xié)同作用充分發(fā)揮，分子結(jié)構(gòu)合理，各官能團協(xié)調(diào)作用，使減水劑的分散性及分散保持性最好。當(dāng) n(AA)∶ n(TPEG2400)﹥4 時水泥凈漿流動度開始明顯下降，可能是因為丙烯酸濃度增大，丙烯酸的自聚傾向增強，很容易形成均聚物，導(dǎo)致水泥的分散性能及分散保持性能下降。

3． 2 SAMS 用量對減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%，保持其他操作條件的不變情況下，考查不同甲基丙烯磺酸鈉對減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗結(jié)果見圖 2。

由圖 2 可知，隨著 SAMS 用量的增加，水泥的凈漿流動度先增大后減小。當(dāng) SAMS 用量0． 3 mol 時，減水劑的初始凈漿流動度達到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。這是因為 SAMS 具有親水基團-SO 3 H，具有較好的減水性和緩凝效果，隨著 SAMS 用量的增加，聚合產(chǎn)物的分散性顯著提高，但其用量過大時，SAMS 具有一定的鏈轉(zhuǎn)移作用，會影響減水劑相對分子質(zhì)量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。

3． 3 引發(fā)劑 E 對減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為4∶ 1，SAMS 0． 3 mol，保持其他操作條件的不變情況下，考查不同引發(fā)劑 E 用量(相對于所有單體總摩爾量的百分比)對減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗結(jié)果見圖 3。

由圖 3 可知，隨著引發(fā)劑用量的增加，水泥的凈漿流動度先增大后減小，當(dāng)引發(fā)劑用量為 0． 18% 時，水泥凈漿初始流動度達到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。當(dāng)用量繼續(xù)增加時，水泥的凈漿流動度反而下降。

這是因為，在聚合反應(yīng)中，引發(fā)劑不僅能起到引發(fā)聚合反應(yīng)的作用，且具備一定的調(diào)節(jié)分子量作用。引發(fā)劑用量較少時，所得聚合物的主鏈聚合度相對較高，分子量較大，容易產(chǎn)生絮凝，當(dāng)引發(fā)劑用量過高時，所得聚合物的主鏈聚合度過低，分子量較小，所帶的負電基團較少，靜電斥力小，減水劑的分散性能降低。1

3． 4 反應(yīng)溫度對減水劑分散性能的影響 固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量 0． 18%，在室溫下，采用恒溫水浴鍋控制反應(yīng)溫度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃進行實驗，考查不同反應(yīng)溫度對減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗結(jié)果見圖 4。

由圖 4 可知，減水劑的分散性隨著反應(yīng)溫度的升高呈現(xiàn)曲線變化。反應(yīng)溫度在 25 ℃時，所得減水劑性能最佳，可使水泥初始靜凈漿流動度達到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。當(dāng)溫度高于 25 ℃時，引發(fā)劑 E 分解速率較快，聚合速度太快，支鏈太多，殘余單體數(shù)量較多，聚合反應(yīng)不完全。當(dāng)溫度低于 20 ℃時，引發(fā)劑 E分解速率降低，聚合速度變慢，單體轉(zhuǎn)化率降低。

3． 5 投料方式對減水劑分散性能的影響 根據(jù)自由基聚合原理，投料方式的不同會影響大單體和丙烯酸的共聚傾向及大單體的轉(zhuǎn)化率。在25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為4∶ 1，SAMS 的用量0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量0． 18%，反應(yīng)時間2 h，此處主要考查了不同投料方式對減水劑分散性能的影響:(1)全混法:將 TPEG、SAMS、AA、引發(fā)劑 E 一次性投入三口燒瓶中，控制溫度進行反應(yīng) 2 h。(2)半混法:將一定配比的 TPEG、SAMS、AA 投入三口燒瓶中，引發(fā)劑 E 混合均勻后連續(xù)滴加 2 h 進行反應(yīng)。(3)分別滴加法:將一定配比的 TPEG、SAMS 投入三口燒瓶中，AA 及引發(fā)劑 E 分別同時以滴加加入。試驗結(jié)果見圖 5。

由圖 5 可知，相同條件下，采用分別滴加法所得減水劑流動度較大，初始凈漿流動度達到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反應(yīng)體系中，活性較大的單體先行聚合，剩余活性較小的單體聚合速率較低，使得產(chǎn)品中有效成分較少，且分子量不均勻。而分別滴加法有效的控制了活性較高的單體的加入速率，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合適、分子量均勻，其凈漿的流動度及保留性比較理想。因此，試驗中采用分別滴加法。

3． 6 反應(yīng)時間對減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量 0． 18%，保持其他操作條件的相同情況下，考查不同反應(yīng)時間對減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗結(jié)果見圖 6。

在聚合反應(yīng)中，自由基聚合反應(yīng)，一般不存在中間產(chǎn)物，反應(yīng)體系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反應(yīng)的單體。隨著反應(yīng)時間的增長，減水劑大分子鏈上接枝的不同官能團的數(shù)目隨之增加，反應(yīng)程度也隨之增加，所得減水劑的流動度也隨之增大。由圖 6 可知，反應(yīng)時間 2 h 時，所得減水劑性能最佳，可使凈漿度達到 280 mm。當(dāng)反應(yīng)時間超過 2 h，凈漿流動度基本保持不變，因此最佳反應(yīng)時間為 2 h。

3． 7 采用最佳工藝制得的減水劑性能測定

在25 ℃條件下，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 內(nèi)勻速滴加引發(fā)劑 E 及共聚單體AA 于 SAMS、TPEG 混合溶液中，共聚單體 AA 溶液先于引發(fā)劑 E 溶液滴加完畢，再用 w(NaOH)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系減水劑。對此減水劑進行了水泥凈漿性能測試，在水灰比為 0． 29，摻量為 0． 18%條件下，水泥凈漿初始流動度為 280 mm，1 h 經(jīng)時流動度為 270 mm，減水率達到 29%。合成的聚羧酸減水劑在低摻量下表現(xiàn)出很好的分散性與分散保持性能，且減水效果較好。結(jié)論

(1)本文研究一種聚羧酸減水劑的低溫生產(chǎn)工藝，通過單因素實驗分析，得到最佳工藝條件:反應(yīng)溫度25 ℃，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%，反應(yīng)時間 2 h;(2)采用最佳工藝條件合成得到的減水劑，在水灰比為 0． 29，摻量為 0． 18% 條件下水泥凈漿初始流動度為 280 mm，1 h 經(jīng)時流動度為 270 mm，具有較好的分散性與分散保持性能;(3)在混凝土中摻加采用最佳工藝制得的聚羧類減水劑，其減水率可達 27%，且強度越發(fā)穩(wěn)定。與國內(nèi)目前廣泛應(yīng)用的聚羧酸類減水劑相比，該減水劑減水率高，保坍性好，合成工藝簡單，且聚合反應(yīng)過程在室溫下即可完成，耗能更低，成本較低，具有良好的性價比和市場競爭力。

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