常用表面活性剂对四种油污的清洗效果比较

　　摘    要：　选取不同表面活性剂清洗玻璃表面的大豆油、30号机油、孤东原油及钙基润滑脂, 发现玻璃表面的大豆油、30号机油室温下呈液态且黏度低, 较易清洗;孤东原油黏度较高, 钙基润滑脂室温下呈凝固状态, 均不易清洗。C1214APG及AEG-300对多种油污具有良好的乳化能力, 在高浓度下具有良好的清洗效果, 低浓度下清洗效果明显变差。AES、CY-2对多种油污均无乳化作用, 可有效剥离玻璃表面的大豆油、30号机油及孤东原油而不发生乳化。超声波辅助清洗对乳化型清洗剂的增效作用强于剥油型。

　　关键词：　表面活性剂; 除油;
 

　　Abstract：　The oil removal effect of anionic and nonionic surfactants was compared. The results show that soybean oil and No.30 energy oil, which are liquid with low viscosity at room temperature, on the glass surface can be cleaned easily. Gudong crude oil with high viscosity and calcium based lubricating grease which is solid at room temperature are hard to remove. The emulsification of a wide variety of oils by C1214APG and AEG-300 aids in cleaning of the oils. But there is a significant trend that decreased concentration goes with poorer cleaning effect. AES and CY-2 have no emulsifying effect on a variety of oil stains, but can effectively peel off soybean oil, No.30 engine oil and Gudong crude oil from the glass surface without emulsification. Ultrasonic assisted cleaning has stronger effect on surfactants with the emulsification than that on strip-cleaning agent.

　　Keyword：　surfactants; oil removal;

　　0、　前言

　　工业清洗涉及石油开采、加工、运输、机械部件加工、食品加工等众多领域, 现阶段工业清洗发展迅速, 对清洗质量及环保的要求也越来越高。根据清洗基质表面性质的不同, 可分为亲水表面与亲油表面。玻璃、金属和石英砂表面为亲水表面。高分子聚合物表面为亲油表面, 被油膜覆盖的岩石表面也属于亲油表面。根据油污类型不同, 可选择不同清洗方法, 主要包括碱洗、酸洗、有机溶剂净洗和水基清洗等。其中, 水基清洗剂以表面活性剂为主要活性组分, 配合助剂完成去污过程, 比单一的酸洗、碱洗和溶剂清洗更安全、有效。

　　按照清洗机理的不同, 水基清洗剂可分为乳化型和剥油型。乳化型清洗剂主要靠表面活性剂的乳化作用将油分散在水中, 清洗速度快, 但洗后污水处理困难, 清洗剂消耗量大, 目前常用的水基清洗剂一般均为乳化型。剥油型表面活性剂靠表面活性剂对基质表面的润湿反转、对油污的渗透、分散等作用清洗油污, 清洗剂用量低、洗后油水易分离, 但清洗速度较乳化型慢, 且不适用于喷淋清洗。

　　专利CN201511015962[1]公开了一种水基金属清洗剂其主要成分为有机硅表面活性剂、椰子油脂肪酰二乙醇胺、椰子油脂肪酰二乙醇胺磷酸酯和无机磷酸盐等, 在常温下对各种油脂有很强的溶解能力, 可溶解重质油、老化变质油脂。该洗涤剂以有机硅表面活性剂为主, 价格昂贵。专利CN201510717930[2]公开了一种多功能绿色水基清洗剂及制备方法, 其主要成分包括辛癸基葡糖苷、脂肪酸甲酯乙氧基化物、椰子油二乙醇酰胺等, 可有效去除植物油污渍、动物油污渍、适用于厨房器具、金属工件的油污清洁。上述两种清洗剂均通过乳化、增溶作用清洗油污, 清洗剂用量大, 洗后污水难处理。专利CN201110161242[3]公开了一种水基清洗剂, 其由三聚磷酸钠、磷酸氢二钠、硼砂、对硝基苯甲酸、氢氧化钠、表面活性剂、聚乙二醇、三乙醇胺、消泡剂和水以一定配比复配而成, 去油污能力强, 特别适用于全自动清洗和超声波清洗。该清洗剂中含有大量磷酸盐及磷酸酯盐, 会引起土壤、水体等富营养化, 不利于环境保护。专利CN201410805355[4]公开了一种水基型原油污染场地表面清洗剂, 该清洗剂含亚硝酸钠, 接触工人手、足部皮肤可发生损害。

　　为便于观察实验现象, 本文以亲水基质玻璃表面为清洗对象, 研究了几种常用阴离子及非离子表面活性剂对大豆油、30号机油、孤东原油及润滑脂的清洗效果。

　　1、 实验

　　1.1、 试剂

　　直链烷基苯磺酸钠 (LAS) , 活性物含量大于99%, 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 (AES) , 活性物含量为70%, 烯基磺酸钠 (AOS) , 活性物含量为35%, 中轻化工股份有限公司;新型阴离子表面活性剂CY-2, 自制, 活性物含量为75%;仲辛醇聚氧乙烯醚 (JFC) , 邢台蓝天精细化工股份有限公司;脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO-9) , 中轻日化科技有限公司;异十醇聚氧乙烯醚 (1009) , 浙江凯德化工有限公司;醇醚糖苷 (AEG-300) , 活性物含量为50%, 自制;烷基糖苷 (C1214APG) , 活性物含量为50%, 上海发凯化工有限公司。

　　大豆油;30号机油;钙基润滑脂;孤东原油, 采自胜利油田孤东采油厂, 密度为0.8136g/cm3;石油醚为分析纯;实验用水为去离子水。

　　1.2、 实验方法

　　1.2.1、 油样准备

　　称取50g孤东原油于100m L烧杯中, 加入20m L石油醚稀释, 搅拌均匀, 作为待清洗油样备用。

　　由于大豆油颜色较浅, 为便于观察实验现象, 加入少量稀释后的孤东原油加深油样颜色。称取50g大豆油, 在其中滴加5滴孤东原油, 摇匀, 备用。

　　在30m L玻璃样品瓶中加入0.1g油污样品, 并使其在瓶中铺展, 置于70℃水浴上方加热8h, 然后置于通风橱中于室温下老化16h, 即得待清洗样品。

　　1.2.2、 洗油实验

　　取10m L配制好的表面活性剂溶液, 用玻璃棒引流至各玻璃瓶中, 开始计时;同时拍照记录溶液与油样的初始状态, 观察样品瓶表面油膜的变化情况并拍照记录。

　　2、 结果与讨论

　　2.1、 不同表面活性剂对玻璃表面油污的清洗效果

　　为了考察不同表面活性剂对不同油污的清洗效果, 选取去离子水为空白对照组实验, 并选取了4种阴离子表面活性剂和5种非离子表面活性剂进行洗油实验。几种表面活性剂溶液的活性物质量浓度均为10g/L。实验结果如图1~4所示。

　　图1为不同表面活性剂对玻璃表面大豆油的清洗效果。AOS、LAS、C1214APG、AEG-300、AES水溶液加入样品瓶后, 水呈浑浊状态, 大豆油被乳化, 乳化程度依次降低;而CY-2、JFC、AEO9、1 0 0 9加入后水溶液澄清, 未发生乳化现象, 主要依靠表面活性剂对瓶壁的润湿反转及对油污的分散作用清洗瓶壁上的大豆油, 为剥油型表面活性剂。静态清洗时, 乳化型表面活性剂的清洗效果优于剥油型表面活性剂, 轻轻震荡各样品瓶发现乳化型清洗剂和剥油型清洗剂均可将瓶壁上的大豆油清洗干净。

　　图1 几种表面活性剂对玻璃表面大豆油的清洗效果

　　图2 几种表面活性剂对玻璃表面30号机油的清洗效果

　　图3 几种表面活性剂对玻璃表面孤东原油的清洗效果

　　图4 几种表面活性剂对玻璃表面润滑脂的清洗效果

　　图2为不同表面活性剂对玻璃表面30号机油的清洗效果。由图可以看出, 5~9号5种非离子表面活性剂对30号机油的清洗速度较阴离子表面活性剂快。LAS、JFC、C1214APG、AEG-300为乳化型清洗剂, AES、AOS、CY-2、AEO9、1009均为剥油型。

　　由图1、图2可以看出, 大豆油及30号机油室温下呈液态, 且油品黏度低, 因而较易清洗。仅加去离子水即有少量油自瓶底上浮至溶液表面, 加各种表面活性剂溶液后均立即产生良好的清洗效果, 无需长时间浸泡, 轻轻震荡即可将瓶壁上的油污清洗干净。

　　图3为不同表面活性剂对玻璃表面孤东原油的清洗效果。由图3可以看出, 异构醇醚1009清洗效果最好, AES次之;C1214APG对孤东原油的乳化作用最强, AEG-300次之。轻微震荡后, AES溶液洗掉的原油在液面上方完全铺展, 油边缘呈乳化状态;AOS下层水溶液变为淡黄色。剧烈震荡后, 静置1min, 各溶液均可将原油分散, C1214APG乳化现象最明显, 溶液呈棕黄色, 但底部有少量油未洗掉;AEG-300乳化能力次之, 溶液呈棕黑色;AOS乳化能力再次;JFC、AEO-9、1009溶液有分层迹象, 下部棕黄色, 上部分黑色;LAS和AES以分散作用为主, 也有微弱的乳化作用, 水溶液呈浅黄色;CY-2完全不乳化, 仅将油分散在水中, 静置后油、水即分离。

　　图4为几种表面活性剂对玻璃表面钙基润滑脂的清洗效果。由图可以看出, 室温下, 仅LAS及C1214APG可有效清洗玻璃表面的钙基润滑脂。结合图1~3可以看出C1214APG对植物油及矿物油脂均具有良好的乳化效果。钙基润滑脂是用天然脂肪酸钙皂稠化中等黏度的矿物润滑油制成, 但LAS对30号机油与孤东原油的乳化能力均不强, 仅对钙基润滑脂的清洗效果远超其他表面活性剂, 这可能是由于以脂肪酸钙稠化后的矿物油与玻璃的黏附作用增强, 导致不易清洗, 但LAS耐钙性差, 其水溶液与钙基润滑脂接触后, 烷基苯磺酸阴离子与游离出的钙离子生成沉淀, 破坏了天然脂肪酸钙皂对矿物油的稠化作用, 减弱了其与玻璃表面的作用力, 从而易于清洗。

　　2.2、 表面活性剂浓度对清洗效果的影响

　　对比图5、图6与图1、图2可以看出, 当活性物浓度为1g/L时, 几种表面活性剂对玻璃表面的大豆油和30号机油的清洗清洗效果与浓度为10g/L时无明显差异。

　　由图7可以看出, 降低表面活性剂浓度后, 各样品的静态乳化能力明显降低, 以乳化作用为主的C1214APG和AEG-300的静态清洗效果明显变差, 而以润湿反转、分散、剥离作用为主的几种表面活性剂的静态清洗能力无显着下降。

　　由图8可看出, 当活性物浓度为1 g/L时, C1214APG的清洗能力无明显下降, 而LAS的清洗效果变差。将LAS与C1214APG按不同比例复配发现, 二者呈现负协同作用。

　　2.3、 超声清洗的辅助作用

　　由于大豆油、30号机油静态清洗即可获得良好的效果, 选取孤东原油为清洗对象, 表面活性剂浓度为1g/L, 将样品置于超声波清洗仪中清洗。由图9可以看出, 乳化型清洗剂C1214APG、AEG-300、JFC、AEO-9的清洗效果有显着提高, 其余样品的清洗效果无明显增强。

　　图5 几种表面活性剂对玻璃表面大豆油的清洗效果

　　图6 几种表面活性剂对玻璃表面30号机油的清洗效果

　　图7 几种表面活性剂对玻璃表面孤东原油的清洗效果

　　图8 几种表面活性剂对玻璃表面润滑脂的清洗效果

　　图9 超声波对表面活性剂对孤东原油清洗效果的影响

　　3、 结论

　　(1) 玻璃表面上的大豆油及30号机油等低黏油较易清洗, 多种表面活性剂在较宽的使用浓度范围内均可达到良好的清洗效果。
　　(2) 新型阴离子表面活性剂CY-2在低浓度下剥油能力很强, 对油污不乳化, 仅将油分散在水中, 油水易分离。
　　(3) C1214APG与AEG-300对多种油污有良好的乳化作用。
　　(4) 降低使用浓度, 乳化型清洗剂的洗油能力明显变差, 剥油型清洗剂的洗油能力无显着下降。
　　(5) 超声波辅助清洗对乳化型清洗剂的增效作用强于剥油型。

　　参考文献：

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　　[2]蔡卫权, 古蒙蒙, 曹宏.一种多功能绿色水基清洗剂及其制备方法[P].湖北:CN105273857A, 2016-01-27.
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　　[4]文措杰, 王双田, 白剑利, 等.一种水基清洗剂[P].北京:CN102230182A, 2011-11-02.