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森罗股份:出土饱水木质文物的保护研究——脱盐
2022-07-13

上期我们提到饱水木质文物发掘后,它们与埋藏环境建立的平衡状态被打破,使文物面临着损坏。为保护发掘出土/出水的饱水木质文物,使其得以稳定,不仅要及时控制地上环境、抑制劣化,还需脱水干燥定型,维持文物形貌,不发生变形、开裂。但由于长期埋藏在含水、含盐环境,木质文物不仅处于饱水状态,而且在大多数情况下都含有较高盐分。因此,在文物脱水干燥之前,首先需要进行木质文物的脱盐。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

盐类来源与分析

脱盐包括脱除可溶盐和难溶盐。饱水木质文物均含有不同量的可溶盐和难溶盐。在埋藏缺氧环境中,硫酸盐还原菌可将so42-还原成各类硫铁化合物。木质文物被打捞出水后,硫铁化合物遇到空气和水分后会发生氧化,生成硫酸以及各种硫酸盐。随着硫铁化合物氧化反应的不断进行,体积将不断增加,从而对木材造成应力破坏。至21世纪初,出土、出水木质文物中硫铁化合物问题逐渐引起文保界关注。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

近年来,各国科研人员开始重视出水木质文物中硫铁化合物的危害,对其含量、分布和存在形态展开大量分析研究。宁波“小白礁ⅰ号”清代沉船遗址出水船体检测到fe、s、及o元素的存在。我国西沙海域出水的“华光礁ⅰ号”南宋沉船等饱水古木材样品进行分析,发现fe元素含量最高达40%以上且分布极不均匀,s元素平均含量为5%,随木材深度逐渐减少,木材中的硫化物既有有机硫,也有无机硫,硫铁化合物均由四方硫铁矿(fes)在不同的条件下转化生成。

< 图片来自网络 >

为什么要脱盐

饱水木质文物,在长期的埋藏过程中,一方面埋藏环境中的可溶盐成分可以通过交换作用渗入到木材的组织中去;另一方面,埋藏环境中的诸如fe2 、so42-等能够和木材组织成分发生化学反应,产生的盐分也会吸附在木材组织中,且缺氧环境中的木质文物所含硫化物的种类、含量、分布取决于其所处环境的h2s浓度、ph值、温度以及其本身木质的降解程度和所含铁离子的量。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

可溶盐在埋藏环境中对木质文物的侵蚀作用主要体现在对木质成分的降解上,而在出土后,主要体现在对木质文物的结构破坏上。特别是在饱水木质文物出土后,在开放环境中可溶盐易发生潮解和结晶,这是一个物理、化学过程,而且伴随着吸热和放热现象。分布在木质文物表面或组织中的可溶盐分子,在干燥环境中随着水分的挥发而发生结晶;之后当环境潮湿吸收水分时,发生潮解。由于可溶盐在潮解或结晶过程中,会发生明显的体积变化,进而使得木质组织结构发生物理涨缩效应,导致木质文物产生粉化或崩裂等现象。此外,盐的存在还会导致出土饱水木质文物的酸化,不利于木质文物的长期保存,若直接进行脱水干燥,会造成木材断裂,在长期保存过程中,发生粉化、脱落,甚至其整体颜色发生改变。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

脱盐方法有哪些

无论是出土于何种环境的饱水木质文物,出土后都应进行清洗脱盐工作。目前,最简单有效的清洗脱盐处理是采用蒸馏水循环置换脱盐,即采用去离子水对饱水木质文物进行反复置换,通过置换出的溶液的导电率对可溶盐的含量进行脱盐程度判断。采用上述方法,通常可以去除木质文物中的大部分可溶盐。对于有些埋藏环境含有丰富的铁元素,饱水木质文物中含有铁盐。用peg水溶液浸渍含铁元素的出土木材,结果都会使木材颜色发生黑变。针对这类问题,使用聚乙烯吡咯烷酮(pvpp)对铁离子进行吸附处理,铁离子的最大有效脱除率在45%左右,有一定的吸附脱除作用。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

针对饱水木质文物中的铁盐对木质文物造成的酸化问题,可采用氨水蒸汽法、喷洒nahco3等弱碱性溶液进行中和处理,也可采用纳米碱性材料填充解决酸化问题,虽然取得了一定效果,但此类方法的持久性和安全性有待进一步研究。乙二胺-二(2-羟基-4-甲苯基)乙酸(eddhma)是一种与铁离子形成配合物能力极强的化合物,以此可以增加硫铁化合物的溶解度,有效去除铁离子。但是该方法在碱性条件下使用,也可能会引起木材降解。另外,有研究人员开发了乙二胺四乙酸二钠与过氧化氢(h2o2)的复配材料用于饱水木质文物中硫铁化合物的脱除技术研究,结果证实这种复配脱盐剂对二硫化亚铁(fes2)的清除效果良好。但在筛选饱水木质文物硫铁化合物脱除络合剂时,除了考虑脱除络合剂的有效性外,还应更多考虑脱除络合剂对文物的安全性。除按上述化学方法外,据文献报道,在“宁波‘小白礁i号’清代木质沉船中硫铁化合物脱除”项目中,课题组成员建立了文物自动清洗脱盐试验室模型,得出了缩短文物清洗脱盐周期的一些规律。总体上讲,饱水木质文物在进行脱盐置换时,采用超声波诱导有助于脱盐进程。凯发k8国际-凯发天生赢家一触即发官网

气密充氮脱盐装置

为满足出水文物脱盐,公司设计研制了一款气密充氮脱盐装置。通过超微米气泡装置使氮气与水充分混合,形成超微米气液混合体,降低水中的溶解氧,提高文物脱盐速率,利用液面氮气封存,模拟深水或地下超低氧或无氧的埋藏环境,减缓或阻止脱盐期间盐分、氧气等对文物的化学氧化、腐蚀。该产品还避免了化学试剂对文物造成的潜在风险,具有安全环保、操作方便等优势。

< 气密充氮脱盐装置 >

该产品的成功研制,不仅为出水文物的长久储藏奠定基础,同时也对脱盐方法深入探索,具有应用推广价值。

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