近年来,随着新型合成工业的迅猛发展,新型的工业污垢也不断涌现,而且其分子结构组成日趋复杂;另外,工业污垢和不同洗涤对象之间的粘结机理和粘结形态,也往往取决于污垢种类及被清洗对象的结构组成和表面物化性质。出于环境保护的需要,目前对化学药剂的可生物降解性及无毒无害性要求日益提高,因此,对化学清洗技术不断提出了新的挑战。
化学清洗是一门综合技术,涉及到污垢形成和性能的研究、清洗剂及助剂的选择配制、缓蚀剂的选用、清洗工艺技术、清洗设备的研制和利用、清洗过程检测技术以及废液处理等等。其中,清洗剂的选择是决定清洗工作成败关键的一环,它直接影响设备的清洗效果、除垢率、腐蚀率及经济效益等。
清洗剂主要由清洗主剂、缓蚀剂、表面活性剂三大组分构成。表面活性剂由于其分子结构中同时具有亲水基和疏水基部分,在化学清洗中起着吸附、渗透、乳化、溶解、洗涤等作用,其在化学清洗中不仅仅作为辅助剂,而且可以作为主要组分而得到广泛重视,尤其在酸洗、碱洗、缓蚀、除油、杀生等清洗过程中已经发挥出越来越大的作用。
国内外对表面活性剂在化学清洗中的应用进行了大量的研究,本文将对表面活性剂在化学清洗中的应用现状及进展作一简要的评述。
亲水部分常见的为羧基、硫酸酯、磺酸基、胺基、季铵基、羟基等,憎水部分则为长链烷烃和芳烃为代表的基团。由于它们具有既亲水又亲油的两亲性质,因而在化学清洗时可使清洗溶液表面性质改变,使其具有较低的表面张力,较好的润湿性与起泡性。
根据表面活性部分所带电荷的不同可将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型与两性型四大类。
表面活性剂在化学清洗过程中的润湿、渗透、分散、乳化、增溶作用起到事半功倍的效果。概括起来,化学清洗中表面活性剂主要有两种作用,一是利用胶束的溶解作用提高难溶性有机污染物的表观浓度,即增溶作用;二是由于表面活性剂具有两亲基团,能吸附或富集在油相与水相的界面上,使界面张力降低。
有文献报道,非离子表面活性剂Tween80在三种无机酸介质(HCl、H2SO4、H3PO4)中对钢都有较好的缓蚀作用;袁朗白等研究过阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(DBSAS)和非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(OP)协同效应对钢的缓蚀效果,发现DBSAS和OP复配后对钢产生明显的缓蚀协同效果,且复配浓度范围较宽。
王瑞峰等研制了BSY型酸雾抑制剂,在金属材料酸碱处理时能有效地抑制酸雾;长沙矿冶研究院袁交秋等研制了YJ-509酸雾抑制剂,抑雾效率可达92%以上。
梁国柱等研究开发的BH-6高效酸洗除油剂效果显著,几年来在国内一百多家电镀、喷涂厂中应用,取得了良好的经济效益和社会效益;余存烨等采用复合无机酸加非离子表面活性剂及缓蚀剂的清洗液进行喷淋循环清洗,也取得了满意的效果。
3.3 在碱洗中的应用
徐高扬等发现在重碱洗水中加入添加剂NPE-10,可有效地降低重碱水含量和NaCl含量,既减少停炉次数,又提高了燃烧炉的生产能力;余存烨研究的设备酸洗前碱洗除油配方为:氢氧化钠3%~5%、碳酸钠2%~3%、三聚磷酸钠4%~5%、水玻璃为1%~1.5%、十二烷基磺酸钠2%~5%,80~90℃。
在络合剂清洗中往往加入表面活性剂,以促进清洗过程。常用的无机络合剂有三聚磷酸钠等,常用的有机螯合剂有乙二胺四乙酸(EDTA),氮三乙酸(NTA)等。络合剂清洗除用于冷却水系统清洗外,目前在难溶垢的清洗中有较大发展。由于它能络合或螯合各种难溶垢中的金属离子,故清洗效率高。
武钢烧结厂黄新发等人采用碱式络合清洗法对溴机溶液腔进行了清洗和预膜,达到了减轻腐蚀,延长溴机使用寿命的目的。
3.5 在重质油垢、焦垢清洗中的应用
王国泰等以表面活性剂、有机溶剂和水为原料,采用转相乳化法研制了一种性能优良的硬表面油垢清洗剂,能高效快速地去除各种硬表面(如厨房灶具、玻璃、瓷片等)上的油性污垢,特别是对各种金属表面的油垢和焦垢十分有效。
3.6 冷却水杀生剂中的应用
此外,季胺盐与二硫氰基甲烷复合的杀生剂,不但具有广谱与增效的杀生作用,而且还能防止粘泥的生长。
另一方面,大量水体中未能被降解的表面活性剂被土壤吸附以后,影响了土壤的某些性质,显著地降低了土壤对有机毒物的吸附作用,并改变了土壤中微生物的组成,造成了进一步的污染。表面活性剂的污染已经成为环境领域面临的一个难题。因此,在表面活性剂的研究及应用过程中,应考虑到表面活性剂自身可能产生的危害和污染及在环境中迁移、转化、累积效应等方面的影响。
1)改良表面活性剂的分子结构,开发易生物降解的绿色表面活性剂。比如,以降解性能优良的烯基磺酸盐、氧化胺、聚氧乙烯非离子型以及冠醚类、淀粉基、氨基酸型高分子表面活性剂、两性表面活性剂、生物表面活性剂来逐步取代烷基、芳基磺酸盐、含苯环的聚氧乙烯烷基酚醚等难生物降解的表面活性剂。
2)设计和研发对人体温和的表面活性剂,避免在表面活性剂的使用过程中,对人体皮肤和内脏器官造成重大损害。
3)在表面活性剂的合成过程中,充分应用表面活性剂之间的协同效应,筛选和开发多功能的处理剂,扩展清洗功能,降低处理剂成本。
4)在考虑表面活性剂的产品绿色化及原料绿色化的同时,应加强表面活性剂的绿色化学合成工艺的开发研究。
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