家用環(huán)保型水垢水銹清洗劑的研究與應(yīng)用

李 平，田紅麗

（銀川能源學(xué)院石油化工系，寧夏銀川 750105）

自來水中鈣鎂離子的存在導(dǎo)致在使用過程中產(chǎn)生水垢，而水垢又導(dǎo)致了一些列不利的影響。例如，平時家里的毛巾老化、熱水器結(jié)垢、各種人類的結(jié)石病癥、誘發(fā)心血管病、影響廚房衛(wèi)生間瓷器的美觀等。水垢同樣也在嚴重影響著工業(yè)生產(chǎn)，尤其是鍋爐和換熱器，但是工業(yè)中采用的除垢劑大部分是無機強酸，雖然效果好，但是污染大、腐蝕性強，不適合家庭生活中使用。文獻也報道了一些有機酸清洗劑，但是仍然擺脫不了強刺激、污染大的特點[1-2]。本實驗主試劑均采用食品酸，經(jīng)過組合制備的清洗劑具有對皮膚無刺激、無污染、使用方便等優(yōu)點。

1 實驗

1.1 主要試劑和儀器

儀器：HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋。

試劑：檸檬酸三鈉、EDTA、十二烷基苯磺酸鈉、草酸、冰醋酸、碳酸鈣、硫酸鎂，均為分析純。

1.2 清洗劑的制備

在200 mL的燒杯中加入160 mL去離子水，在恒溫水浴鍋內(nèi)恒溫在40℃，將稱量好的主試劑、活性劑、助劑，pH值調(diào)節(jié)劑按比例依次加入，緩慢攪拌讓其完全溶解，待溶解后在室溫下備用。

1.3 清洗性能測試

用碳酸鈣和硫酸鎂的固體混合物來模擬水垢，稱取一定量的水垢加入到清洗液中，攪拌，靜止反應(yīng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 主清洗劑的篩選

待選有機酸有：檸檬酸、甲酸、冰醋酸、草酸、羥基乙酸、酒石酸和EDTA。

分別在200 mL燒瓶盛入160 mL去離子水，在40℃恒溫下加入5 g待選酸，溶解后，在室溫下靜止備用。分別加入0.2 g碳酸鈣和0.2 g硫酸鎂固體混合物，攪拌后靜止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后過濾，濾渣在100℃干燥2 h，除去水分，稱量，結(jié)果（見表1）。

表1 有機酸對水垢的溶解能力比較

可見，檸檬酸、冰醋酸和草酸的對混合固體的溶解能力是最強的，其他均比較弱或者難溶，但是EDTA具有良好的絡(luò)合能力，能防止二次沉淀，因此最終選擇檸檬酸、冰醋酸、草酸和EDTA作為主清洗劑。

從結(jié)構(gòu)上講檸檬酸是一種三羧酸類化合物，并因此而與其他羧酸有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)。檸檬酸是一種較強的有機酸，有3個H+可以電離，雖然對水垢水銹具有良好的溶解能力，但是高濃度的檸檬酸對皮膚和金屬都有腐蝕性，因此本實驗選用其鈉鹽，性質(zhì)溫和對皮膚無刺激性，對金屬的腐蝕性很弱。

2.2 組合性能實驗

以檸檬酸三鈉和草酸為主劑分別添加相同量的醋酸和活性劑，來比較檸檬酸和草酸對水垢的溶解能力[3]。

試樣1：恒溫40℃，在160 mL去離子水中加入檸檬酸三鈉或者草酸5.0 g，冰乙酸2 g，溶解后，在室溫下備用。

試樣2：恒溫40℃，在160 mL去離子水中加入檸檬酸三鈉或者草酸5.0 g，活性劑0.1 g，溶解后，在室溫下備用。

在試樣中分別加入0.4g的碳酸鈣和硫酸鎂組成的“水垢”，攪拌后靜止5min后過濾，干燥，稱量，結(jié)果（見表1）。

表2 檸檬酸三鈉和草酸的清洗能力比較

可見，檸檬酸三鈉在酸性條件下對水垢的溶解能力優(yōu)于草酸的能力。因此，本實驗中最佳的主體清洗劑確定為檸檬酸三鈉。

以檸檬酸為主體，添加了助劑、活性劑和絡(luò)合劑，在同樣的條件下制備了5種試樣，配比見表3（其余為160 mL去離子水）。結(jié)果顯示試樣5的配比能達到最佳的清洗效果。其中檸檬酸三鈉是清洗劑主體；冰醋酸是pH調(diào)節(jié)劑，是檸檬酸的激活劑和緩沖劑；活性劑是表面溶蝕的催化劑；EDTA是良好的絡(luò)合劑，能防止少量沉淀的二次沉淀[4]。

表3 不同配比檸檬酸三鈉溶液對水垢的清洗能力比較

2.3 清洗性能影響因素

清洗劑的清洗性能受到多種因素的影響，在實驗和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)主要的影響因素有：（1）主體清洗劑的選擇；（2）清洗劑的 pH 值；（3）試劑的純度；（4）各組分的配比；（5）清洗的時間和溫度；（6）水垢的結(jié)垢程度等。

3 實際應(yīng)用效果

本清洗劑能有效地清除熱水壺、熱水器、浴霸等容器內(nèi)的水垢，清洗能力（見圖1），左側(cè)燒杯中的使用本清洗劑，右側(cè)使用草酸為清洗劑，可以看到左側(cè)燒瓶是澄清的，無沉淀；而右側(cè)的渾濁不清。這說明本清洗劑對水垢具有良好的清洗能力。

本清洗劑除了用來清洗水垢外，還可以用于水銹的清洗，部分地區(qū)由于輸水管道的老舊，導(dǎo)致自來水中含有大量的水銹，長期使用嚴重影響廚房、衛(wèi)生間瓷器的美觀（見圖2）。實驗發(fā)現(xiàn)本清洗劑對水銹有良好的去除能力（見圖3）。而且，檸檬酸也具有良好的殺菌能力，在80℃左右能殺死芽孢。

4 結(jié)論

本實驗制備的以檸檬酸三鈉、冰醋酸、活性劑和EDTA按照質(zhì)量比5:2:0.1:0.05制備的清洗劑不僅對水垢有良好的清洗能力，而且對水銹也有很好的清洗能力。該清洗劑以食品酸為主，pH值基本維持在3.5～5.5之間，對皮膚無刺激，對金屬的腐蝕性很弱，排放液pH接近6.0，且均是食品級的有機物，對環(huán)境的污染很小，是一種新型環(huán)保的清洗劑[5]。

［1］秦國治.有機酸清洗劑及其應(yīng)用［J］.化工設(shè)備與防腐蝕，2000，15（6）：19-23.

［2］程文軍.羥基乙酸在化學(xué)清洗劑中的應(yīng)用［J］.化學(xué)清洗，1998，7（4）：31-32.

［3］馬廣顏.有機絡(luò)合除垢技術(shù)和油氣田生產(chǎn)［J］.化學(xué)清洗，1998，10（3）：30-32.

［4］董曉慶.草酸復(fù)合清洗劑對紅富士蘋果貯藏品質(zhì)的影響［J］.園藝學(xué)報，2009，11（4）:14-16.

［5］郭彤梅.中國工業(yè)清洗劑市場現(xiàn)狀［J］.清洗世界，2006，23（2）:9-11.