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1、 表面活性剂在水处理中的应用 (武汉理工大学建筑学院,武汉)表面活性剂的分类及性质表面活性剂的分类及性质表面活性剂一般分为离子性和非离子性两大类其中离子性表面活性剂又可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂表面活性剂的分类及性质表面活性剂的分类及性质离子性表面活性剂 -在水中分离,形成带阳电荷或带阴电荷的憎水基的表面活性剂非离子表面活性剂 -在水中不电离,并呈电中性的表面活性剂表面活性剂的化学结构特点表面活性剂的化学结构特点表面活性剂由性质不同的两部分组成，一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团,另一部分为亲水疏油的极性基。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端,为不对称的分
2、子结构,由于表面活性剂的两性分子结构特征,决定了它的两亲性,因此这种分子具有一部分可溶于水,而另一部分易自水中逃逸的双重性,结果造成表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气水(或油水) 界面上形成独特的定向排列的单分子膜。正是由于表面活性剂在溶液表面(或油水界面) 的定向吸附的这一特征,使得表面活性剂具有很多特有的表面性。表面活性剂在水处理中的应用表面活性剂在水处理中的应用用作水处理药剂在石油污染消除中的应用胶束的强化超滤作用在液膜分离技术中的应用用作水处理药剂目前应用于水处理中的高分子絮凝剂大多数是水溶性的有机高分子聚合物和共聚物,分子中含有许多能与胶体和细微悬浮物表面上某些点位发生作用的
3、活性基团,相对分子质量在数十万至数百万。常见的有聚二乙基二甲基氯化氨、聚氨、聚丙烯酸钠和丙烯酰胺。它们大多数是一些高分子表面活性剂。由于天然水体含有的粘土、硅酸盐、蛋白质和有机胶体等杂质带负电荷,因此阳离子型絮凝剂在水处理中得到了广泛的应用。目前国内广泛采用的高分子絮凝剂,主要是聚丙烯酰胺系列的产品,其用量约占80 %。聚丙烯酰胺(PAM) 是一种线性的水溶性共聚物,无色或微黄色胶体,无臭,中性,不溶于乙醇、丙酮。改性后可制得的阳离子聚丙烯酰胺为固体粉末,易溶于水,有很强的吸湿和絮凝作用,属线性高分子表面活性剂,带有正电荷,使悬浮的有机胶体和有机化合物可有效的絮凝,并能强化固液分离过程,广泛用
4、于污水处理厂污泥脱水以及造纸、洗煤、印染废水的处理。在石油污染消除中的应用石油处理剂由溶剂和表面活性剂组成。表面活性剂能使石油分散形成水包油型乳状液,形成微粒子而分散于海水中,消除污染,溶剂能降低石油的粘度,使其易于乳化。石油处理中，所选用的表面活性剂应具有以下条件:对流出油的乳化分散力强;对水产资源无不良影响;生物降解性良好;使用方便和价格便宜。作用机理： 海洋上漂浮的石油经石油处理剂处理后形成的乳状液,由于这种乳状液是水包油型的,不易粘附在油轮和岩石上,而且乳化油表面积非常大,沉降深度一般不超过3m ,所以油粒很快被水中溶解氧、细菌及微生物分解,最后成为无害于水体的物质。胶束强化超滤作用
5、概念： 利用表面活性剂的超滤分离,通常称之为增溶胶束超滤法。1979 年,Leung 等首先提出用胶团增溶超滤可以除去废水中被溶解的少量或微量有机物和金属离子。 作用机理： 直接利用了表面活性剂分子的胶团作用和胶团的增溶作用等性质,并通过超滤膜来实现分离的。由于表面活性剂分子是由疏水基和亲水基组成。在浓度极稀的情况下,表面活性剂分子将聚集在溶液的表面,疏水基向上伸入空气、亲水基则留在水中。但当浓度进一步增加,溶液表面毫无间隙地形成表面活性剂单分子层后,再加入的表面活性分子将在溶液内部几十至几百个聚集在一起,形成疏水基向内、亲水基向外的缔合体胶束。胶束的形成使疏水基最大限度地逃离水,亲水基保持与
6、水的接触。研究表明胶束的形成可将原来不溶或难溶于水的物质带到胶束的内核或表面,从而使该物质溶解于水中,即胶束的增溶作用。表面活性剂的选择原则: 应有较大的增溶力;能形成较大的胶束体积,从而可以选用大孔径的超滤膜,增加通量;CMC (临界胶束浓度)小,减少表面活性剂的用量和透过液中表面活性剂的浓度; 有较低的Krafft 点(对离子型表面活性剂) 或较高的浊点(对非离子型表面活性剂) ,以适用于低温操作;无毒,易生物降解;低发泡性。液膜分离技术中的作用液膜分离是20 世纪60 年代中期诞生的一种新型的膜分离技术,废水处理、湿法冶金、石油化工等部门都有广泛的应用。例如用液膜技术可以从废水中脱除有毒
7、的阳离子铜、汞、铬、隔、镍、铅等,以及阴离子磷酸根、硝酸根、氰根、硫酸根、氯根等。 乳化液膜体系由表面活性剂(乳化剂) 、膜溶剂、载体和添加剂等所构成,其分离过程包括液膜的形成、被分离物通过液膜的传质及后续的破乳。用于液膜的表面活性剂应具备以下特点:配制W/ O 乳液宜选用HLB 值为3. 56 的油溶性表面活性剂,而配制O/ W 乳液则宜选用HLB 值为818 的水溶性表面活性剂;制成的液膜有尽可能高的稳定性,有一定的温度适应范围,耐酸,碱,且溶胀小;能与多种载体配合使用,不与膜相载体反应;若有反应,必须有助于液膜萃取,而不能催化分解载体(萃取剂) ;容易破乳,油相可反复使用;价格低廉,无毒或低毒,且能长期稳定保存。结语表面活性剂其不仅具有很高的活性,而且还具有独特的渗透、湿润和反湿润、乳化和破乳、发泡和消泡、洗涤、分散与絮凝、抗静电、防腐蚀、杀菌、润滑和加溶等应用性能,在改进生产工艺,提高产品质量,节约能量,降低成本等方面发挥了巨大作用。
