高效除油污洗涤剂的研制及性能评价

时间：2024-07-28

原金海，邓颖，刘心会，徐塬林

（重庆科技学院化学化工学院，重庆401331)

随着石油管道高黏度油污和厨房抽油烟机等重油地带清理问题的不断出现，高效去油洗涤剂的研发已成为洗涤行业发展的新趋势[1-2]，加上环境不断恶化，人们对洗涤剂的要求更加环保化[3]。在工业清洗剂中，有机溶剂清洗剂可燃，易挥发，有毒有害，使用和处理价格昂贵；水基清洗剂稳定性差，清洗效果受温度影响，清洗工艺相对复杂；半水基清洗剂不稳定，经济成本较高，不利于普遍推广使用[4]。因此，亟待研发高效环保、清洗工艺简单、安全且经济的液体洗涤剂[5]。本文选用具有协同增效作用的阴-非离子表面活性剂（LAS/AES/AEO）进行复配[6]，研究其复配洗涤剂对石油管道和厨房油烟机等重油带的清洗效果，为实现洗涤剂的高效化、浓缩化和环保化提供研究基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

十二烷基苯磺酸钠（LAS，成都市科隆化工试剂厂）；月桂醇醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚（AES、AEO，青岛优索化学科技有限公司）；标准油脂污布（全国表面活性剂洗涤用品标准化中心)；其余试剂均为分析纯。

立式去污测定机，上海银泽仪器设备有限公司；改进型罗氏泡沫仪，上海耶茂仪器仪表有限公司；JDS-105U+红外分光测油仪，吉林市北光分析仪器厂；WSD-3全自动白度仪，北京康光仪器有限公司；全自动表面张力仪，大晶华嘉商业（中国）有限公司；NDJ-8S旋转粘度计，上海昌吉地质仪器有限公司；紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；JRJ-300-I剪切乳化搅拌机，上海标本模型厂。

1.2 研究方法

相同或不同类型表面活性剂配合使用所发挥的特殊性能就是表面活性剂的协同效应[7-8]。清洗油污为O/W型[9]，本配方选择阴离子表面活性剂LAS、AES和非离子表面活性剂AEO复配的方案。LAS对油性污垢有显著的去污效果，去污力随洗涤温度的升高而增强，泡沫丰富。LAS具有良好的表面活性，亲水性较强，能有效降低油-水界面的张力，达到乳化作用。AES具有优良的生物降解性和低温性能，活性物含量较高，不受水硬度的影响。离子型表面活性剂还有导电作用，因而可以使静电及时泄漏，从而降低因静电造成的危险及不便。AEO-9具有良好的乳化、去污、净洗等性能，广泛用于金属清洗剂。

1.2.1 洗涤剂的复配

取6 g AES、40 g去离子水，在40℃下，将AES缓慢加入水中，搅拌，溶解均匀。取13 g LAS在50℃下充分溶解于剩余去离子水中，加入其余原料，搅拌。降温至40℃时，将AES溶液倒入其中，使用剪切乳化搅拌机搅拌120 min至混合均匀[10]。

1.2.2 理化实验

采用均匀实验设计法[11]，确定表面活性剂与助剂配方，对油脂污布进行洗涤，从而测试其各项性能。用立式去污测定机在40℃、120 r/min下，采用标准[12]测定去污力。用改进型罗氏泡沫仪测定发泡力。用WSD-3全自动白度仪测定白度。用红外测油仪测定除油量。用表面张力仪测定表面张力。再利用归一化法对测试结果进行处理，应用Excel软件，在各因素取值范围内，使用Linest函数回归分析，规划求解出各因素的最佳值，由此筛选出最佳配方[13]。再采用紫外可见分光光度计检测不同温度和不同时间洗涤剂的稳定性。使用涂抹大庆油田原油的铁片进行模拟检验。

2 结果与讨论

2.1 配方的筛选

本实验选用表面活性剂LAS、AES和AEO为主要配方，共3个因素，每个因素取6个水平，选用U6*（64)均匀设计表来安排实验，LAS:X1（3.00-13.00)；AES:X2（1.00-6.00)；AEO:X3（0.10-1.10)。助剂一定，CMC 0.39%、EDTA 0.097%、NaSiO30.17%、NaCO30.17%、NaCl 0.54%、凯松0.01%。实验测试其发泡力、白度、除油量、粘度、表面张力，结果见表1。

表1 均匀实验设计U6*（64)

测试结果中的 ΔH、R、O、η 用公式 x-min（max-min)进行归一化。归一化结果加权公式：Y=0.25 ΔH'+0.25 R'+0.25 O'+0.25η'。由加权结果 Y，通过Linest函数回归分析得回归函数：Y=0.05X1+0.04X2-0.2 X3，规划求解出：X1=13.00 ；X2=6.00 ；X3=0.10（R2=0.87)。即LAS13%、AES6%、AEO 0.1%时，洗涤效果最佳。

规划结果经验证，ΔH=1 cm，R=17.2，O=142.23 mg/L，η=98 mPa·s，ST=26.203 mN/s，pH=9.32，结果符合。

由上述结果可知，对表面活性剂去污力、发泡力、白度、粘度的影响顺序为X1＞X2＞X3，即 LAS对洗涤性能的影响最大，AES次之，AEO最弱。从各因素对洗涤性能的影响结果，分析其可能原因是：油脂污布表面带负电，阴离子表面活性剂LAS、AES带负电，同种电荷相互排斥，使得阴离子表面活性剂不易被污布表面吸附，能有效地去除污垢。非离子表面活性剂不带电，不会被带负电的油脂污布通过静电吸附束缚在污布表面，却能与污布表面基团形成氢键而发生吸附[14]，即X3的系数为-0.2。LAS在水溶液中溶解性好，能完全电离，具有良好的去污能力。AES发泡力强，泡沫丰富且对硬水具有很好的耐受力，利于携带和去除污垢；AEO水溶液的润湿、乳化能力较强，有利于除去污垢，在碱性条件下具有很好的稳定性。从验证结果可知，LAS、AES、AEO具有很好的协同作用，可有效增强洗涤能力。

2.2 稳定性测试

采用紫外分光光度法对洗涤剂配方进行稳定性测试。在室温（10℃）下作洗涤剂的吸收曲线，得最大吸收波长为237.0 nm。分别测定不同温度（T=20℃～40℃），不同时间（t=0～96 h）下洗涤剂的吸光度以检测其稳定性，结果如图1。

图1 温度和时间对稳定性的影响

由方差分析可知，F＜F0.05（7，16）=2.657，P-value＞0.05，表明温度对吸光度的影响不显著。由图1可知，随着温度的上升，洗涤剂的吸光度基本保持在同一水平。在试验的温度范围内，洗涤剂在不同温度下稳定性都较好，但最佳使用温度不得超过40℃，否则洗涤剂中的有效成分AES容易分解，使洗涤能力降低。

由实验可知，温度对洗涤剂稳定性的影响较显著。在前24 h内，各温度下洗涤剂的吸光度均存在不同程度的下降，可能原因是此洗涤剂配方的抗沉积能力不佳。24 h后，温度在20℃时，洗涤剂的稳定性较好，与最大吸收波长下的吸光度2.599相近。综上，本配方在温度为20℃时的稳定性最好，使用效果最佳。