陈长兴

江苏斯尔邦石化有限公司 江苏连云港 222042

1 实验

1.1 试剂

本研究使用的表面活性剂有3种：阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS，和光纯药生物化学）、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，Nacalai特级试剂）、非离子表面活性剂聚氧乙烯（十二）月桂醇醚（AE，L-12P，日本东邦化学工业）3种表面活性剂。表面活性剂溶液调制使用的溶剂全部是自来水（硬度约35mg/kg，由碳酸钙换算而来）。模型污垢是牛脂（日本纯正化学公司），其他试剂使用和光纯药的特级试剂。

1.2 实验装置

微泡发生装置上安装了可调式流量计，微泡吹出口装有亚克力制的测定槽。液相为自来水或表面活性剂溶液，气相为大气。

1.3 气泡直径的测定

微泡发生装置工作5min，彻底排除管道中的空气后，用数码显微镜VHX-100（Keyence公司）对通过测定槽的微泡动画进行摄影。该动画用视频捕捉器VGA2USBPro（Epiphan公司）将动画文件（分辨率1600×1200）导入，测定焦点重合的气泡直径。重复同样的操作，直至测定的气泡数合计达到300个。

1.4 气泡消失时间的测定

用烧杯采集刚从微泡发生装置出来的微泡水，目视观察微泡消失的时间。表面活性剂的添加浓度设定为10mg/L。

1.5 静态表面张力的测定

在20℃下，用表面张力自动测定仪EZ-Pi（Kibbron公司）测定表面活性剂溶液的静态表面张力。

1.6 微泡洗净试验

以2-丙醇作为溶剂，在玻璃管（长6.0cm，外径0.7mm，内径0.5mm）中滴下浓度为0.1%（w/v）的牛脂溶液200mL。然后，在室温下干燥一晚上，待2-丙醇完全挥发掉后，用于下一步的洗净试验。

在管道的一端连接玻璃管进行洗净试验。洗净溶液是自来水和各种设定浓度的表面活性剂溶液。考虑到洗净溶液会再次附着到玻璃管壁，因而不能循环使用玻璃管。洗净条件为水温（20±1.5）℃，洗净时间3min，流量3.5L/min。为了检测微泡的洗净效果，在没有产生微泡的条件下也做了同样的洗净试验。洗净后的玻璃管，用流动的自来水冲洗管内10s，放在室温下干燥[1]。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂对气泡行为的影响

（1）表面活性剂对气泡直径的影响。另外，添加各种表面活性剂时的平均气泡直径与静态表面张力。由静态表面张力求得 SDS的 cmc约 为 1000mg/L，CTAB的 cmc约 为 260mg/L，AE的cmc约为60mg/L。另外，随着表面活性剂浓度的增加，静态表面张力降低，平均气泡直径变小。这表明，表面张力降低，进入溶液中的空气更容易以气泡形式存在。当cmc分别为SDS：50mg/L、CTAB：50mg/L、AE：10mg/L时，气泡直径基本为一定值。因此，本研究认为浓度高于cmc时，无法预测微泡的洗净效果是否有所提高。另外，AE与其他表面活性剂相比，低浓度下的平均气泡直径大幅减小，这可能是由于AE的表面活性作用最强。

（2）表面活性剂对气泡稳定性的影响。表1是添加各种表面活性剂时的气泡消失时间。所有表面活性剂中气泡消失时间均为自来水中的2倍。此外，并未发现因表面活性剂种类不同，气泡消失时间出现大的差异。以上结果表明，添加表面活性剂不仅能减小气泡直径，还能提高溶液中气泡的稳定性。

2.2 表面活性剂对微泡洗净性的影响

（1）阴离子表面活性剂（SDS）的影响。用微泡洗净的过程中，随SDS浓度升高，牛脂的去除率增加，平均气泡直径最小的SDS浓度50mg/L条件下的去除率提高15.4%，为微泡单体去除率的1.3倍。因此，添加SDS后微泡泡径变小，增大了气液界面面积，提高了牛脂的去除率[2]。

另一方面，比较微泡平均气泡直径基本相同的SDS浓度50、100、250mg/L，SDS浓度为250mg/L时的牛脂去除率大幅提高。这很可能是由于在该浓度条件下，SDS在微泡表面的吸附呈饱和状态，牛脂及玻璃管上的SDS吸附量增加使牛脂的附着力降低，在液流等机械力的作用下，牛脂变得容易被去除。为此，在SDS浓度250mg/L的条件下，牛脂去除与微泡的疏水性吸附无关，因此，很难说微泡对牛脂具有洗净效果。

（2）非离子表面活性剂（AE）的影响。微泡洗净中，AE与SDS一样，随浓度增高牛脂的去除率增加。平均气泡直径降至最小的AE浓度为50mg/L，在该条件下牛脂的去除率为22.4%，是微泡单体去除率的1.9倍。

比较AE浓度从10mg/L增加至50mg/L的牛脂去除率发现，不用微泡洗净的牛脂去除率为一定值，而用微泡洗净的牛脂去除率增加。当AE浓度从10mg/L增加至50mg/L，静态表面张力随之减小，表面活性剂浓度增加产生的表面活性作用基本不会对牛脂的洗净性产生影响。因此，可以确认微泡直径减小有利于提高洗净性。

不过，本研究比较了AE浓度10mg/L与50mg/L的微泡洗净去除率，认为由AE浓度增加引起的牛脂去除率比例很小，在AE浓度为10mg/L时，即可有效提高微泡的牛脂去除率。另外，所有AE浓度条件下的微泡洗净均能提高牛脂的去除率。

3 结语

微泡洗净过程中，在cmc以下的低浓度表面活性剂溶液中能提高洗净性。推测这可能是添加表面活性剂后，气泡直径变小所致。高浓度表面活性剂溶液和阳离子表面活性剂剂溶液会降低微泡的洗净效果。因此，为了有效利用微泡洗净，应使用浓度为cmc1/20-1/6的阴离子或非离子表面活性剂。