幾種表面活性劑對不同油污清洗能力的對比

王開泉

（中國日用化學(xué)研究院有限公司，山西 太原，030001）

前言

工業(yè)清洗涉及石油開采、加工、運輸、機械部件加工、食品加工等眾多領(lǐng)域，現(xiàn)階段工業(yè)清洗發(fā)展迅速，對清洗質(zhì)量及環(huán)保的要求也越來越高。根據(jù)清洗基質(zhì)表面性質(zhì)的不同，可分為親水表面與親油表面。玻璃、金屬和石英砂表面為親水表面。高分子聚合物表面為親油表面，被油膜覆蓋的巖石表面也屬于親油表面。根據(jù)油污類型不同，可選擇不同清洗方法，主要包括堿洗、酸洗、有機溶劑凈洗和水基清洗等。其中，水基清洗劑以表面活性劑為主要活性組分，配合助劑完成去污過程，比單一的酸洗、堿洗和溶劑清洗更安全、有效。

按照清洗機理的不同，水基清洗劑可分為乳化型和剝油型。乳化型清洗劑主要靠表面活性劑的乳化作用將油分散在水中，清洗速度快，但洗后污水處理困難，清洗劑消耗量大，目前常用的水基清洗劑一般均為乳化型。剝油型表面活性劑靠表面活性劑對基質(zhì)表面的潤濕反轉(zhuǎn)、對油污的滲透、分散等作用清洗油污，清洗劑用量低、洗后油水易分離，但清洗速度較乳化型慢，且不適用于噴淋清洗。

專利CN201511015962[1]公開了一種水基金屬清洗劑其主要成分為有機硅表面活性劑、椰子油脂肪酰二乙醇胺、椰子油脂肪酰二乙醇胺磷酸酯和無機磷酸鹽等，在常溫下對各種油脂有很強的溶解能力，可溶解重質(zhì)油、老化變質(zhì)油脂。該洗滌劑以有機硅表面活性劑為主，價格昂貴。專利CN201510717930[2]公開了一種多功能綠色水基清洗劑及制備方法，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漬、動物油污漬、適用于廚房器具、金屬工件的油污清潔。上述兩種清洗劑均通過乳化、增溶作用清洗油污，清洗劑用量大，洗后污水難處理。專利CN201110161242[3]公開了一種水基清洗劑，其由三聚磷酸鈉、磷酸氫二鈉、硼砂、對硝基苯甲酸、氫氧化鈉、表面活性劑、聚乙二醇、三乙醇胺、消泡劑和水以一定配比復(fù)配而成，去油污能力強，特別適用于全自動清洗和超聲波清洗。該清洗劑中含有大量磷酸鹽及磷酸酯鹽，會引起土壤、水體等富營養(yǎng)化，不利于環(huán)境保護。專利CN201410805355[4]公開了一種水基型原油污染場地表面清洗劑，該清洗劑含亞硝酸鈉，接觸工人手、足部皮膚可發(fā)生損害。

為便于觀察實驗現(xiàn)象，本文以親水基質(zhì)玻璃表面為清洗對象，研究了幾種常用陰離子及非離子表面活性劑對大豆油、30號機油、孤東原油及潤滑脂的清洗效果。

1 實驗

1.1 試劑

直鏈烷基苯磺酸鈉（ LAS），活性物含量大于99%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），活性物含量為70%，烯基磺酸鈉（AOS），活性物含量為35%，中輕化工股份有限公司；新型陰離子表面活性劑CY-2，自制，活性物含量為75%；仲辛醇聚氧乙烯醚（JFC），邢臺藍天精細(xì)化工股份有限公司；脂肪醇聚氧乙烯醚（ AEO-9），中輕日化科技有限公司； 異十醇聚氧乙烯醚（1009），浙江凱德化工有限公司；醇醚糖苷（AEG-300），活性物含量為50%，自制；烷基糖苷（C1214APG），活性物含量為50%，上海發(fā)凱化工有限公司。

大豆油；30號機油；鈣基潤滑脂；孤東原油，采自勝利油田孤東采油廠，密度為0.8136g/cm3；石油醚為分析純；實驗用水為去離子水。

1.2 實驗方法

1.2.1 油樣準(zhǔn)備

稱取50g孤東原油于100mL燒杯中， 加入20mL石油醚稀釋， 攪拌均勻，作為待清洗油樣備用。

由于大豆油顏色較淺，為便于觀察實驗現(xiàn)象，加入少量稀釋后的孤東原油加深油樣顏色。稱取50g大豆油，在其中滴加5滴孤東原油，搖勻，備用。

在30mL玻璃樣品瓶中加入0.1g油污樣品，并使其在瓶中鋪展，置于70℃水浴上方加熱8h，然后置于通風(fēng)櫥中于室溫下老化16h，即得待清洗樣品。

1.2.2 洗油實驗

取10mL配制好的表面活性劑溶液，用玻璃棒引流至各玻璃瓶中，開始計時；同時拍照記錄溶液與油樣的初始狀態(tài)，觀察樣品瓶表面油膜的變化情況并拍照記錄。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同表面活性劑對玻璃表面油污的清洗效果

圖1 幾種表面活性劑對玻璃表面大豆油的清洗效果

圖3 幾種表面活性劑對玻璃表面孤東原油的清洗效果

為了考察不同表面活性劑對不同油污的清洗效果，選取去離子水為空白對照組實驗，并選取了4種陰離子表面活性劑和5種非離子表面活性劑進行洗油實驗。幾種表面活性劑溶液的活性物質(zhì)量濃度均為10g/L。 實驗結(jié)果如圖1～4所示。

圖2 幾種表面活性劑對玻璃表面30號機油的清洗效果

圖4 幾種表面活性劑對玻璃表面潤滑脂的清洗效果

圖1為不同表面活性劑對玻璃表面大豆油的清洗效果。AOS、LAS、C1214APG、AEG-300、AES水溶液加入樣品瓶后，水呈渾濁狀態(tài)，大豆油被乳化，乳化程度依次降低；而CY-2、JFC、AEO9、1009加入后水溶液澄清，未發(fā)生乳化現(xiàn)象，主要依靠表面活性劑對瓶壁的潤濕反轉(zhuǎn)及對油污的分散作用清洗瓶壁上的大豆油，為剝油型表面活性劑。靜態(tài)清洗時，乳化型表面活性劑的清洗效果優(yōu)于剝油型表面活性劑，輕輕震蕩各樣品瓶發(fā)現(xiàn)乳化型清洗劑和剝油型清洗劑均可將瓶壁上的大豆油清洗干凈。

圖2為不同表面活性劑對玻璃表面30號機油的清洗效果。由圖可以看出，5～9號5種非離子表面活性劑對30號機油的清洗速度較陰離子表面活性劑快。LAS、JFC、C1214APG、AEG-300為乳化型清洗劑，AES、AOS、CY-2、AEO9、1009均為剝油型。

由圖1、圖2可以看出，大豆油及30號機油室溫下呈液態(tài)，且油品黏度低，因而較易清洗。僅加去離子水即有少量油自瓶底上浮至溶液表面，加各種表面活性劑溶液后均立即產(chǎn)生良好的清洗效果，無需長時間浸泡，輕輕震蕩即可將瓶壁上的油污清洗干凈。

圖3為不同表面活性劑對玻璃表面孤東原油的清洗效果。由圖3可以看出，異構(gòu)醇醚1009清洗效果最好，AES次之；C1214APG對孤東原油的乳化作用最強，AEG-300次之。輕微震蕩后，AES溶液洗掉的原油在液面上方完全鋪展，油邊緣呈乳化狀態(tài)；AOS下層水溶液變?yōu)榈S色。劇烈震蕩后，靜置1min，各溶液均可將原油分散，C1214APG乳化現(xiàn)象最明顯，溶液呈棕黃色，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溶液有分層跡象，下部棕黃色，上部分黑色；LAS和AES以分散作用為主，也有微弱的乳化作用，水溶液呈淺黃色；CY-2完全不乳化，僅將油分散在水中，靜置后油、水即分離。

圖4為幾種表面活性劑對玻璃表面鈣基潤滑脂的清洗效果。由圖可以看出，室溫下，僅LAS及C1214APG可有效清洗玻璃表面的鈣基潤滑脂。結(jié)合圖1～3可以看出C1214APG對植物油及礦物油脂均具有良好的乳化效果。鈣基潤滑脂是用天然脂肪酸鈣皂稠化中等黏度的礦物潤滑油制成，但LAS對30號機油與孤東原油的乳化能力均不強，僅對鈣基潤滑脂的清洗效果遠(yuǎn)超其他表面活性劑，這可能是由于以脂肪酸鈣稠化后的礦物油與玻璃的黏附作用增強，導(dǎo)致不易清洗，但LAS耐鈣性差，其水溶液與鈣基潤滑脂接觸后，烷基苯磺酸陰離子與游離出的鈣離子生成沉淀，破壞了天然脂肪酸鈣皂對礦物油的稠化作用，減弱了其與玻璃表面的作用力，從而易于清洗。

2.2 表面活性劑濃度對清洗效果的影響

對比圖5、圖6與圖1、圖2可以看出，當(dāng)活性物濃度為1g/L時，幾種表面活性劑對玻璃表面的大豆油和30號機油的清洗清洗效果與濃度為10g/L時無明顯差異。

由圖7可以看出，降低表面活性劑濃度后，各樣品的靜態(tài)乳化能力明顯降低，以乳化作用為主的C1214APG和AEG-300的靜態(tài)清洗效果明顯變差，而以潤濕反轉(zhuǎn)、分散、剝離作用為主的幾種表面活性劑的靜態(tài)清洗能力無顯著下降。

由圖8可看出，當(dāng)活性物濃度為1g/L時，C1214APG的清洗能力無明顯下降，而LAS的清洗效果變差。將LAS與C1214APG按不同比例復(fù)配發(fā)現(xiàn)，二者呈現(xiàn)負(fù)協(xié)同作用。

圖5 幾種表面活性劑對玻璃表面大豆油的清洗效果

圖6 幾種表面活性劑對玻璃表面30號機油的清洗效果

圖8 幾種表面活性劑對玻璃表面潤滑脂的清洗效果

2.3 超聲清洗的輔助作用

由于大豆油、30號機油靜態(tài)清洗即可獲得良好的效果，選取孤東原油為清洗對象，表面活性劑濃度為1g/L，將樣品置于超聲波清洗儀中清洗。由圖9可以看出，乳化型清洗劑C1214APG、AEG-300、JFC、AEO-9的清洗效果有顯著提高，其余樣品的清洗效果無明顯增強。

圖9 超聲波對表面活性劑對孤東原油清洗效果的影響

3 結(jié)論

(1) 玻璃表面上的大豆油及30號機油等低黏油較易清洗，多種表面活性劑在較寬的使用濃度范圍內(nèi)均可達到良好的清洗效果。

(2) 新型陰離子表面活性劑CY-2在低濃度下剝油能力很強，對油污不乳化，僅將油分散在水中，油水易分離。

(3) C1214APG與AEG-300對多種油污有良好的乳化作用。

(4) 降低使用濃度，乳化型清洗劑的洗油能力明顯變差，剝油型清洗劑的洗油能力無顯著下降。

(5) 超聲波輔助清洗對乳化型清洗劑的增效作用強于剝油型。