表面活性剂表面活性对油污清除能力的实验研究外文翻译资料

 2022-08-07 11:00:17

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表面活性剂表面活性对油污清除能力的实验研究

关键词：脱脂剂、表面张力、界面张力、协同效应、润湿性

摘要

为了获得有效脱脂剂的配方，需要选择合适的表面活性剂。本研究主要探讨了作为脱脂剂潜在组分的选定表面活性剂及其二元混合物的静态和动态吸附及润湿性能的测定和比较。用douy环法测定了单个化合物及其二元混合物在空气/水体系中的平衡表面/界面张力。此外，还研究了不同极性的二元表面活性剂混合物的界面性质。实验获得的等温线：所有被研究表面活性剂的空气/水体系的表面张力和油/水体系的界面张力允许比较所考虑化合物的表面活性。在平衡表面张力测定和吸附动力学研究的基础上，讨论了表面活性剂及其混合物的表面性质和胶束性质。用Rosen理论描述了二元表面活性剂混合物体系的协同效应。结果表明，所研究的化合物在空气/水体系中既表现出不同的吸附效率，又表现出不同的吸附效率。一些被分析的二元表面活性剂混合物在降低固体表面张力和润湿性方面表现出很强的协同效应。所考虑的化合物的润湿性在很大程度上取决于润湿表面的性质。表面活性剂溶液浓度对吸附动力学有显著影响。一般来说，在胶束溶液中，降低表面张力的效率明显较高。所得结果可供选择非离子表面活性剂和两性表面活性剂的混合物作为脱脂剂的潜在组分。

前言

表面活性剂的存在导致界面油/水表面活性剂层的形成。因此，使用表面活性剂可以通过降低表面张力使水渗透到清洗过的材料中。表面活性剂颗粒的非极性部分溶解在油滴中，极性部分向周围水层排列。在清洗油污表面时使用的混合、摩擦或其他机械方法会导致水中形成乳化油，并通过传递能量促进和加速这一过程。在这一过程中产生的泡沫将疏水性的污染颗粒保留在泡沫表面，使它们很难再接触到清洁过的材料并在再次污染之前预防。

脱脂剂的主要成分是表面活性剂，表面活性剂降低了表面/界面张力，提高了润湿性。通常脱脂系统含有两到三种表面活性剂。通常采用混合体系，因为在大多数情况下，表面活性剂混合物在降低表面张力方面表现出比单个组分更好的吸附/润湿性能，特别是与有机溶剂和助剂一起使用时孔隙和裂缝中的流动性，并通过机械措施促进其有效收集。通过乳化和增溶过程，油污染物的疏水颗粒被转移到液相。表面活性剂能将有机非极性化合物（如石油类物质）与CMC以上的表面活性剂聚合在一起，溶解在其疏水核中。所获得的乳液使得能够在表面活性剂溶液中分散大量疏水污染物；甚至在高浓度水包油乳液中。

使用表面活性剂基组分是提高硬表面除油效果的重要方法和有效途径。然而，在驱油过程中，毛细管力是油与水相界面张力作用的结果，导致大量的油留在油层中。一般来说，表面活性剂驱油的机理是当表面活性剂吸附在油水界面时降低油水界面张力。

去污剂的特征是：

-很好的降低表面和界面张力的能力，

-清洁区域的润湿性好，

-良好的油污染乳化性能，

-良好的油品污染洗脱性能，

-低泡沫形成，

-它应该是轻型的产品，

-高生物降解性。

清洁用制剂可分为轻度制剂（轻型）和强力制剂（重型）。轻量型药剂由表面活性剂和少量赋形剂组成。相比之下，重负荷型的药剂含有表面活性剂以及具有强大清洁性能的赋形剂，它们会对清洁后的表面造成损害，并对环境有害。

实际上，除专门用于此目的的制剂外，还使用含有表面活性剂的油衍生物、泡沫灭火剂和洗涤剂。

由于制备过程中使用的化合物，这些措施不能充分发挥去除石油衍生物污染物的作用。这些制剂含有发泡剂，有利于在被清洁的表面形成一层光滑的泡沫层，这可能严重影响运输路线的安全。泡沫和清洁制剂能够在与水接触时产生持久的泡沫，而用于从油中提取的物质的清洁剂的特点是泡沫产生量低，能够将油颗粒分散在水中并产生乳液。由于碳氢化合物的水溶性有限，其生物利用度显著降低，从而对其在环境中的生物降解产生不利影响。添加表面活性剂是增强疏水性污染物的生物利用度、增溶性和生物降解性的一种方法。

2.实验性

表1列出了本研究中使用的五种商用表面活性化合物。

测量表面/界面张力所用的水溶液在测量之前在很大的浓度范围内制备。在胶束浓度下，用分析化合物的溶液进行接触角测量。在表面活性剂浓度分别为0.1、1、5和10%的溶液中考察了乳液的稳定性。研究了摩尔分数为1:1的表面活性剂混合物。以下模型混合物也用于试验：M1、M2和M3，其中包括：M1-POE、FAA、LAS；M2-POE、FAA、LAS，酒精溶剂；M3-POE、FAA、LAS、BET和酒精溶剂。模型混合物的浓度为1%，此外，在我们的研究中，使用的是PKN-Orlen生产的柴油（密度为0.845g/cm3，粘度为4.08mpabull;s）。根据涉及危险物质的事故统计，选择柴油进行研究。

2.1.表面张力测量

用du-Nouy环法（du-Nouy，1919）测量了空气/水系统的平衡表面张力和水/油界面的界面张力，用K9ET张力计测量了将环与界面分离所需的力。在测量之前，在很宽的浓度范围内制备水溶液。所有测量均在21℃下进行。这些测定的平均标准偏差等于0.2mn 1。在所有系统中，使用电导率等于3s的除盐水作为水相。

在制备用于测定吸附性能的表面活性剂溶液时，我们考虑了生产商给出的技术配方中活性物质的含量。CMC值以图形方式确定，作为绘图的两个线性部分的交点。

2.2.接触角

使用KSV仪器生产的KSV CAM 200仪器，采用固定滴法（Schuster等人，2015年）测量含有单个表面活性剂及其混合物的水溶液的接触角。在20-0.5℃下对1%表面活性剂溶液进行了测量。研究了两种不同疏水性的模型表面：玻璃和陶瓷材料的接触角。

2.3.乳液稳定性

将100ml表面活性剂溶液和10ml柴油混合制成乳液。所有被分析的表面活性剂均在1%的溶液中使用。此外，还研究了POE在0.1%、1%、5%和10%浓度下的变化。对浓度为1%的模型混合物进行了测试。均化60s，转速14000 rpm。通过使用Turbiscan LabExpert分析仪测量后向散射光（BS）（Pizzino等人，2009年）和透射光（T）与后向散射光（DBST）之间的百分比差作为乳液储存时间（DBST）的函数来监测乳液的稳定性。在19.5-20.5摄氏度进行测量。

2.4清洗效率

干燥成固体的沥青混凝土样品被50 cm3的油污染。然后将其置于含有浓度为1%受试模型混合物的水溶液的比色皿中。15分钟后，将样品进一步刷5分钟。最后，将沥青混凝土样品晾干，并在离心分离器中以3000转/分的速度离心清洗溶液3分钟。用重量法测定了脱油率。试验在温度t=19-21 C下进行。仅对模型混合物进行试验。

2.5生物降解

对1%溶液进行相应的试验，程序编号301A生物降解溶解有机碳（DOC）。

该方法的原理是评估含有试验化合物的矿物介质中溶解有机碳（DOC）浓度的下降，作为接种微生物的唯一碳和能量来源。每2-4天测一次DOC下降量。仅对模型混合物进行试验。

所有结果均表示为平均值。平均值的标准差用方差分析进行统计分析。结果plt;0.05有统计学差异。

  1. 结果和讨论
    1. 空气/水系统中的表面张力等温线

分析了离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性化合物的表面性质。表面活性剂在降低水的表面张力方面的有效性是一个重要因素，它往往决定了正在开发的产品成分中某一特定成分的使用。表面活性剂在水溶液中的表面性质由其分子的化学结构决定，因此离子表面活性剂与非离子表面活性剂的表面活性存在显著差异。

给出了图1所示被检测表面活性化合物水溶液平衡表面张力的测量结果。图中比较了这些化合物的表面活性。非离子表面活性剂AB比其它化合物更有效地降低了表面张力，但非离子表面活性剂FAA的CMC值最低（表2）。

图1表面张力是空气/水系统中表面活性剂浓度的函数。

将实验得到的表面张力数据固定在Szyszkowski方程中，然后估算饱和界面处的表面过剩吸附参数和吸附自由能（表2）。表2中的数据表明，非离子表面活性剂AB在空气/水界面形成了最不密集的界面吸附层。此外，还发现FAA分子的吸附自由能最小。这意味着这种化合物的最高吸附倾向。FAA的Gads估计值比AB的吸附自由能估计值小两倍以上。综上所述，非离子表面活性剂FAA在空气/水界面上表现出较高的吸附倾向。

对于非离子表面活性剂，FAA和POE的低值Cmin（10-5）表明这些表面活性剂具有很强的表面性质。这类表面活性剂具有吸附效率高的特点。这些表面活性剂在空气/水体系中吸附的强烈趋势由Gads的低值证实。与表面活性剂AB结合形成的吸附层表面浓度最高，且致密。

等温表面张力过程的分析和测定的胶束化参数（表3）表明，被测化合物的表面活性在降低表面张力的能力以及胶束的临界浓度方面存在显著差异。阴离子表面活性剂在降低表面张力方面不如非离子表面活性剂有效。此外，非离子化合物的CMC比阴离子活性化合物（10-3）低两个数量级（10-5）。

离子表面活性剂LAS的胶束化自由能估计值大于非离子或两性化合物的prod;Gmic值。因此，可以得出结论，在非离子表面活性剂的情况下，胶束化更容易发生。非离子型FAA胶束化自由能最低值为-25.1kj·mol-1。因此，表面活性剂形成胶束的能力非常高，胶束的形成过程始于10-5mol·dm-3的体积浓度。试验中使用的原材料是技术材料，不是纯物质，而且含有合成残留物。根据制造商的数据，AB除了长链醇C8-C10外，还含有不同的添加剂，包括脂肪酸酯和其他酸。污染物的存在是AB溶液中胶束形成的可能原因。

醇被广泛用作清洁剂的添加剂。在含有表面活性剂的混合物中，乙醇的存在增加了与非离子或阳离子化合物以及与阴离子表面活性剂混合物混合的整个体系的降低表面张力的效果。对于含有表面活性剂的体系，酒精降低水溶液中的表面张力会导致表面张力的进一步降低

AB溶于油中，无法测定界面张力。在混合物中加入乙醇可有效地提高增溶效果。

3.2.表面活性剂浓度对界面张力（IFT）的影响

界面张力代表了增加两个不互溶相之间界面尺寸所必须做的工作。界面张力是评价表面活性剂界面性能的重要参数。研究了表面活性剂浓度对含油体系界面张力的影响。界面张力与本体表面活性剂浓度的关系曲线如图2所示。油水界面张力为6.8mn/m。

所有被分析的表面活性剂都具有降低油/水体系界面张力的高效性（图2）。这些体系的界面张力测量值小于1 mN/m，表明体系具有很高的分散能力。

当BET浓度等于或大于0.01mol dm-3（质量分数）时，IFT可达到0.1mnm1的低值（图2）。LAS和POE的曲线特征与BET近似，但CMC值存在显著差异。表面活性剂结构在所有使用商用柴油的系统中，各种添加剂可提高包括燃料，即防腐添加剂、洗涤剂、分散剂、破乳剂。

所研究的混合物包括来自柴油的表面活性剂，其可能导致协同作用。本文测试了表面活性剂的拮抗作用。这就是为什么界面张力表面活性剂和油溶液体系的值明显较低。与水系统相比，在高稀释（低浓度）的情况下也是如此。

图2柴油与不同表面活性剂溶液的界面张力浓度

3.3.表面活性剂及其混合物的表面张力等温线

表面活性剂的混合物通常表现出比单独的阴离子/非离子混合体系中协同降低CMC的组分

并使成分中的表面活性剂数量减少。因此，大多数产品的成分是混合物表面活性剂。因此，在研究一种清洁产品，重要的是要考虑的不仅仅是个人的吸附成分，以及它们的混合物。

在组分摩尔比为1:1的条件下，对非离子型和非离子型两性表面活性剂等二元体系的表面性质进行了测试。图3给出了二元系平衡表面张力等温线的例子。在图中给出了单独和二元表面活性剂溶液的曲线以供比较。

图3。表面张力与表面活性剂及其二元物浓度的对数关系：a）FAA和BET，b）AB和LAS，c）AB和BET，d）POE和LAS，e）FAA和POE、BET。

在所研究的二元体系中，与AB的混合物在还原表面方面表现出协同

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