表面活性剂化学课程论文
表面活性剂在污水处理方面的应用
表面活性剂在污水处理方面的应用
摘要：表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。近年来表面活性剂在污水处理方面的应用越来越广泛，下面就表面活性剂在油田污水处理，纺织洗涤液，污泥资源化中的应用加以介绍。
关键词：表面活性剂；污水处理；应用
表面活性剂是由两种不同性质的原子基团组成的: 一种是亲水
的极性基团，另一种是疏水的非极性基团。它因能吸附于两相界面并提高界面活性，是一种可以显著改变界面性质的特殊化学品。表面活性剂广泛用于石油开采、矿物浮洗、纺织工业、化学工业、食品工业、制药工业、日用化工、农药化肥、信息材料等领域。近年来在污水处理方面的应用也更加广泛。
一、表面活性剂在油田污水处理中的应用
1、缓蚀作用
在油田开发后期，会产生大量的H2S，CO2 ，Cl－及SO2－4等腐蚀介质，这些物质溶解在地下采出水中，形成弱酸体系，对注水系统井下管柱造成腐蚀。具有缓蚀作用的表面活性剂可以在金属表面形成吸附膜，表面活性剂在金属表面发生吸附时，其亲水基团吸附在金属表面上，因亲水基团性质的不同而与金属表面发生物理吸附或化学吸附。疏水的非极性部分在水溶液中形成一层斥水的屏障覆盖着金属表
面使金属表面得以保护。
2、絮凝作用
油田污水处理工程中，如仅采用机械沉降、过滤等，还很难达到净化目的，因为微小颗粒或胶体沉降很慢，甚至不沉降，而油滴、细菌都严重影响过滤设备的正常工作。此时加入絮凝剂，可使油珠、机械杂质及其它悬浮物絮凝沉降，然后再经滤池过滤，可使污水较好净化。用作絮凝剂用的表面活性剂常为高分子化合物，分子量一般为几千以上，甚至高达几千万。这类高分子物质并不具有显著降低表面张力的作用，在溶液中也不能形成通常意义上的胶束，但是它们可以吸附于固体表面，具有分散、稳定和絮凝的作用，在工农业生产中有着重要作用，被称为高分子表面活性剂[1]。而传统的表面活性剂本身不具有絮凝功能，或者其絮凝效果不如先使用的高分子聚合物。但是有研究表明，在表面活性剂的作用下，高分子聚合物的絮凝效果有显著增加[2]。
3、阻垢作用
油气田开发过程中，结垢是一个伴随始终的严重问题。结垢一般是指具有反常溶解度的难溶或微溶盐类物质在储层、管线及设备中形成密实的垢。油气田进入中后期开发后，普遍采用注水采油和排水采气等工艺，同时为消除环境污染，对油气田污水主要采取回注处理。结垢会使油气产量下降，降低设备传热效率，缩短油井使用寿命，甚至使油气井停产、报废，严重影响油田开发效益。因此，研究能够有效防止或减轻结垢的阻垢剂对油田正常生产具有重要意义。
4、超滤作用
超滤技术[3]是国外最先发展起来的一种水处理技术，利用表面活性剂两亲结构的特性来实现除去水中的离子和有机物等较小颗粒。主要包括胶束超滤和液膜超滤。胶束超滤原理是在污水中加入特定表面活性剂，当表面活性剂浓度达到cmc 值时，分散在溶液内的表面活性剂分子会吸附在水中离子或有机物表面形成胶束。胶束颗粒较大，从而能够被滤膜隔离而分离出来。超滤技术用的表面活性剂可以通过盐沉淀和萃取的方法回收，从而达到真正的绿色循环利用。
二、表面活性剂在污泥资源化中的应用
在污水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面漂出的浮沫中所得的残渣称为污泥(Sewage sludge)，属于固体废物的一种[4]污水处理设施的治理水平和污水本身的来源、性质决定污泥的类型、数量和质量。一旦表面活性剂被引入污泥的间隙，表面活性剂分子的疏水端将与有机物亲合，使分子固定在污泥表面；亲水端溶于污泥孔隙内的水中，这种双亲基团的不同作用使水在污泥颗粒表面形成稳定的液膜，最大可能的为微生物的反应提供表面环境。同时，表面活性剂分子的疏水端会提高有机物在水膜中的溶解度，从而加速微生物对有机物的分解；表面活性剂的加入还有利于提高难降解有机物的生物可利用性；并且，适量的表面活性剂还能使重金属离子从污泥结合态中解离出来。添加一定浓度的表面活性剂可以促进污泥的厌氧消化，并且促进污泥中重金属从污泥中的解离，大大加强厌氧消化对污泥重金属的去除作用，从而使污泥可以得到更为广泛的再利用，也初步解决
了污泥资源化的主要问题。
1、阳离子表面活性剂
当1938 年阳离子表面活性剂抑菌性的商业潜力公认时，它们才首次变得重要。从那以后，文献报道的数百个分子结构许多种阳离子用于工业产品中，虽然它们在数量或价格方面重要性不及阴离子表面活性剂。大部分这些产品中利用阳离子的“实质性”优点以及其在表面的半永久性吸附作用(正常情况下发现在本质上是带负电荷)。此外，阳离子的吸附作用使基物表面具有亲油性。
阳离子表面活性剂由于其独特的性能，其经济重要性日渐提高。将其实质性开发用在织物柔软剂、沥青乳化剂、石油工业用油泥、护发品、油田和水处理领域的缓蚀。阳离子表面活性剂在纺织工业作防水剂和染料固色剂也是重要的。其它应用范围是：矿物浮选加工、润滑、静电控制方面的表面改性剂。它们的生物活性似乎具有儿乎所有阳离子表面活性剂种类的特征，与结构的微小变化无关，并且这种活性用来杀死或抑制许多微生物的生长。
2、阴离子表面活性剂
阴离子表面活性剂是当今通用最大类别的表面活性剂(包括皂类)。表面活性剂应用于人类的数千年历史中，由天然动植物脂肪及油类衍生的皂类统治该领域。脂肪酸皂的主要历史性和经济性优点是原料易于从天然的、可再生资源获得。传统皂类的弱点—由于其主要组分羧酸在许多需要表面活性剂作用的工艺中的敏感性—导致开发
合成表面活性剂。传统地将阴离子表面活性剂分成4种基本类别，即：
a)羧酸盐，其中普通皂是最重要的；
b)磺酸盐，直链烷基苯磺酸盐(LABS)是最重要的，是世界最多使用的合成表面活性剂；
c)硫酸酯，如硫酸醇酯或磺化油，早期的合成表面活性剂；
d)其它，种类包括含氮牛磺酸酯和肌氨酸酯，含磷的化学品如磷酸酯及其它以及烷基萘—甲醛缩合物型工业表面活性剂。
三、表面活性剂在纺织洗涤液中的应用
表面活性剂工业是在20世纪发展起来的一门新兴的精细化学工业[5]表面活性剂的产量和品种随着石油化学工业的发展而不断增加，发展势头极为迅猛，已成为国民经济的基础工业之一。2005年我国表面活性剂产量居世界第二位[6]，表面活性剂品种2005年已达4714个，而且在不断更新。尽管在过去几年因为中欧和东欧市场的开放，以及出口形成的海外经济市场，欧洲工业略显进步，但欧洲表面活性剂市场和许多其他的成熟的经济体一样基本上是与其GDP同步发展的。非离子表面活性剂作为一个被广泛使用的大宗品种。阳离子表面活性剂由酯基季铵盐和氨基甜菜碱占据主导地位，现在已经在纺织工业中大量用于柔软剂的复配。国内的表面活性剂的各种性质还未能达到较高的水平，例如一些非离子表面活性剂还是由国外进口。
从全球的角度来表面看，表面活性剂的未来发展趋势处于缓慢。虽然欧洲市场表面活性剂的消费量(包括国内使用和出口)以增加到300 吨(100%活性物)。但是这样增长是反映了中欧各国出口到中国、印度次大陆和拉丁美洲的贡献。欧洲的增长率在下滑，主要原因在于
