地溝油制備重垢型陰離子表面活性劑

成 蕾，容靜兒，鄭潔心，杜宇麗

（珠海科技學院 化工與新能源材料學院，廣東 珠海 519000）

國內(nèi)城市餐飲業(yè)每年排放的地溝油高達500萬t[1]，主要源于餐廚垃圾處理。地溝油的主要成分是甘油三酯和黃曲霉素。黃曲霉素的毒性極強，所以地溝油對人體的危害極大，長期使用可能會引發(fā)癌癥[2]。地溝油酸度超標、金屬含量超標，長期排放進入河涌以及下水管，對環(huán)境也會造成極大的危害。對地溝油進行處理，將其轉(zhuǎn)化為其他有用物質(zhì)以減少環(huán)境污染十分重要[3-4]。地溝油化學成分中的高級脂肪酸甘油酯經(jīng)過一系列反應可制得陰離子表面活性劑，具有良好的表面活性。其中，重垢型陰離子表面活性劑可以用來制造洗滌劑[5-6]。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

試劑：地溝油、蒸餾水、飽和氯化鈉、活性白土、凹凸棒土、活性炭、濃硫酸、氫氧化鈉、環(huán)己烷。

儀器：普通漏斗、分液漏斗、燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、表面皿、恒溫磁力攪拌器、布氏漏斗、抽濾瓶、鐵架臺、濾紙、量筒、三口燒瓶、牛角管、直型冷凝管、錐形瓶、溫度計、pH試紙、布片、加熱爐、干燥箱、傅里葉變換紅外光譜儀、電導率儀。

1.2 制備方法

1.2.1 預處理

（1）用漏斗過濾地溝油中的不溶性雜質(zhì)，然后用抽濾裝置進行抽濾。

（2）稱取50 mL地溝油加入三口燒瓶中，再加入蒸餾水40 mL，開啟恒溫磁力攪拌器，加熱至60 ℃，勻速攪拌1 h，溶化地溝油并混合均勻。

（3）向上述三口燒瓶中加入40 mL飽和氯化鈉，將溫度維持在60 ℃并不斷攪拌30 min，混合均勻，然后靜置至水油分離。

（4）通過分液漏斗分離出油層。

（5）將油層加熱至60 ℃，加入脫色劑，分3次將10%油層的脫色劑加入油脂中，勻速攪拌，脫色時間為30 min，每10 min進行一次升溫，每次升溫20 ℃，脫色結(jié)束時溫度達到120 ℃。

（6）趁熱過濾出濾液。

1.2.2 制備

（1）用量筒量取16 mL環(huán)己烷和8 mL上一步驟中已經(jīng)過濾好的油層，將其加入50 mL三口燒瓶中，在室溫下不斷攪拌并緩慢滴加1 mL濃硫酸，濃硫酸滴加完成后，開啟恒溫磁力攪拌器，加熱到100 ℃，勻速攪拌，持續(xù)5 h，維持100 ℃進行加熱。

（2）待反應完全，蒸餾除去溶劑環(huán)己烷。

（3）取出三口燒瓶，將溶液倒進燒杯，加入10 mL蒸餾水，冷卻至室溫，再滴入5%氫氧化鈉溶液至中性，靜置一段時間后，倒出上層水相，便得到了粗產(chǎn)物。

1.2.3 提純

向粗產(chǎn)物中加入粗產(chǎn)物體積15倍的蒸餾水攪拌稀釋，加熱至接近沸騰，每15 min使用膠頭滴管吸走溶液上表面的油相，適當補充蒸餾水維持溶液體積，防止被蒸干。一直重復操作至溶液上表面不再出現(xiàn)油相。將濃溶液倒入表面皿，在75 ℃條件下的干燥箱內(nèi)蒸發(fā)烘干，得到最終產(chǎn)物。

1.3 產(chǎn)物的表征

采用溴化鉀壓片法，使用傅里葉紅外光譜儀對制得的重垢型陰離子表面活性劑產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行表征。

1.4 產(chǎn)物的性能檢測

發(fā)泡能力檢測：分別量取制備好的1 mL重垢型陰離子表面活性劑和5 mL自來水于小燒杯中，在25 ℃室溫下，快速手動攪拌30 s，觀察是否起泡。

去污能力檢測：準備好沾有油污的布片，將2 mL制備好的產(chǎn)物倒向布片，加水，手動搓洗，觀察油污是否能被洗滌干凈。

1.5 產(chǎn)物的臨界膠束濃度

采用電導率法對產(chǎn)物的臨界膠束濃度（Critical Micelle Concentration，CMC）進行測定，對表面活性劑是一種靈敏的測量方法。當表面活性劑濃度超過某一臨界值時，因疏水的相互作用，烷烴鏈自發(fā)聚集形成了膠束，這一特征濃度就是CMC[7]。電導率的突變點就是離子型表面活性劑的CMC。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)物外觀描述

通過上述步驟制得深棕色膠狀產(chǎn)物。

2.2 產(chǎn)物紅外表征

產(chǎn)物的紅外光譜如圖1所示。

圖1 產(chǎn)物的紅外光譜

由圖1可知，在波數(shù)為3 128 cm-1處有一個寬且強的吸收峰出現(xiàn)，說明有H2O存在的可能。在波數(shù)為2 922 cm-1和2 855 cm-1處都有特征峰的存在，分別是由亞甲基反對稱伸縮振動與對稱伸縮振動產(chǎn)生的。在波數(shù)為1 567 cm-1和1 445 cm-1處分別存在吸收峰，這是由（—COO—）的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動產(chǎn)生的，推斷產(chǎn)物中有（—COO—）的存在。在波數(shù)為1 372 cm-1處有特征吸收峰的存在，這是由甲基的對稱彎曲振動產(chǎn)生的，由此推斷產(chǎn)物中有直鏈型碳鏈。在波數(shù)為939 cm-1處存在一個特征峰，推斷這是由羧酸二聚體的變形振動產(chǎn)生的。在波數(shù)為719 cm-1處出現(xiàn)反式雙鍵吸收峰，推斷產(chǎn)物中有雙鍵。

綜上所述，確定制得的產(chǎn)物是脂肪酸鈉鹽且存在部分雙鍵基團。

2.3 產(chǎn)物的性能檢測

觀察發(fā)泡性能檢測實驗與去污性能檢測實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物具有發(fā)泡能力與去污能力。

2.4 實驗條件調(diào)節(jié)優(yōu)化

2.4.1 脫色對比實驗

對地溝油的預處理需要進行脫色，所以脫色劑的選擇也至關(guān)重要。分別將活性白土、凹凸棒土與活性炭復配進行脫色實驗，對比其脫色效果，選擇合適的脫色劑，獲得更優(yōu)產(chǎn)物。

在地溝油的預處理中，水油分離獲取油層后開始脫色，升溫到60 ℃，開啟攪拌器保持勻速攪拌。分3次加入地溝油量10%的活性白土和活性炭，活性白土與活性炭的比例為19∶1，每次都加入脫色劑，控制其升溫幅度在20 ℃，脫色時長共30 min，所以要控制好每10 min升溫20 ℃，最后溫度是120 ℃，活性白土脫色實驗結(jié)束。凹凸棒土與活性炭復配脫色的對比實驗，將上述活性白土換成凹凸棒土即可，其余步驟與活性白土脫色實驗相同。實驗結(jié)果表明，活性白土與活性炭復配對地溝油的脫色效果比凹凸棒土與活性炭復配更顯著。

2.4.2 脫膠對比實驗

對地溝油進行預處理需要進行水油分離，前期實驗中，因為制得的油分中含膠率過高，會對后面滴加氫氧化鈉并攪拌這一過程造成困難，所以對脫膠的研究對陰離子表面活性劑的制備有一定意義。

在預處理中，向裝有攪拌了1 h與水融化混合好的地溝油的攪拌器中加入40 mL飽和氯化鈉和0.3 g檸檬酸攪拌，保持溫度在60 ℃，加熱30 min，然后靜置，取油樣，進行后續(xù)步驟。加入檸檬酸脫膠后的油分在后面滴加氫氧化鈉的攪拌中，比沒有加入檸檬酸的更柔軟，不會太黏稠，更容易攪拌，可見含膠量有所降低。

2.5 產(chǎn)物的CMC測定結(jié)果分析

采用電導率儀測定重垢型陰離子表面活性劑產(chǎn)物在室溫為25 ℃時的CMC，結(jié)果如圖2所示。

圖2 產(chǎn)物的電導率

由圖2可知，當質(zhì)量濃度小于1.18×10-3g/L時，產(chǎn)物的電導率隨著質(zhì)量濃度的增加而急劇升高，當質(zhì)量濃度大于1.18×10-3g/L時，電導率隨著質(zhì)量濃度的增加而緩慢升高。原因是當溶液的質(zhì)量濃度超過一定值時，游離子迅速聚集形成了膠束，進而轉(zhuǎn)化成溶液中游離子的狀態(tài)，使電導率緩慢地增加。從圖2中可以看出，所得產(chǎn)物的CMC為1.18×10-3g/L，相應的電導率是5.87 S/m。

3 結(jié)語

以地溝油為原料制備重垢型陰離子表面活性劑，設計了一個工藝更加簡單方便的路線，成本低，用時短，損耗少，無磷、無苯，對環(huán)境的污染小，并優(yōu)化了實驗條件。使用傅里葉變換紅外光譜儀對產(chǎn)物的特征基團結(jié)構(gòu)進行表征，確定了產(chǎn)物是脂肪酸鈉陰離子表面活性劑。由對產(chǎn)物的性能檢測可知，產(chǎn)物具有發(fā)泡能力和去污能力，產(chǎn)物的CMC為1.18×10-3g/L，相應的電導率是5.87 S/m。