孪连表面活性剂在废纸脱墨中的应用研究

摘要

孪连表面活性剂有着独特的分子结构及多种特殊的性质,近年来,应用领域越来越广泛。研究内容从最初的合成、结构,逐步扩展至界面行为、聚集体行为、协同效应及应用等方面。
　　 论文研究从合成孪连表面活性剂入手,采用乙二醇、环氧氯丙烷和脂肪醇为主要原料,合成阴离子硫酸盐性孪连表面活性剂。合成过程中得到的中间体二醇所具有的活化部位在亲水基、疏水基、连接基本团三者键合处,可供下一步硫酸化反应和中和反应。硫酸化反应是亲核取代反应,中和反应属于酸碱中和,试验选用氯磺酸与中间体二醇发生硫酸化反应,再用氢氧化钠进行中和,得到最终产物为双十二烷基乙氧基二硫酸脂钠孪连表面活性剂。其组分研究采用色谱-质谱联用分析技术对产品进行纯化及结构表征。对开环反应过程中各个阶段产物进行气相色谱分析,使用外标法确定反应液中原料和产物的含晕,控制反应过程,并以此确定反应的最佳条件,使反应产物最优化。在实验中采用吸附薄层色谱与柱色谱两者结合使用,从合成反应过程中分离单一产物,经适当的显色剂显色后可观察到分离效果。根据产物的红外光谱的特征基团频率确定物质含有哪些基团。
　　 论文对孪连表面活性剂的多种性能进行了测定,包括表面张力测定、泡沫力测定、润湿力测定、去污力测定、乳化力测定、分散力测定和在便水中的稳定性测定。通过热重分析,得到孪连表面活性剂的许多性质参数。测定结果和性质参数用于分析孪连表面活性剂的脱墨效果和脱墨机理。
　　 孪连表面活性剂用于废纸脱墨,实验方法主要采用洗涤法和浮选法脱墨。洗涤法脱墨是一个水力分离过程,试验通过筛网对纸浆悬浮液进行筛选,水夹带油墨颗粒被除去。浮选法脱墨通过浮选机分离具有疏水性表面的油墨颗粒和具有亲水性表面的纸浆纤维,试验结果表明,浮选法脱墨效果明显好于洗涤法。脱墨效果采用白度、得绿和残余油墨指标进行综合评价。
　　 试验还研究了中间体二甘油醚的合成,利用正交试验考查催化剂用量、反应时间、反应温度和水的用量对合成效果的影响。试验确定的最佳反应条件为:催化剂用量0.8mol、反应时间2.5h、温度60℃同时考查了催化剂种类对反应产率的影响,试验结果表明,采用氢氧化钾做催化剂,中间体的产率比氢氧化钠低,说明在一定条件下,氢氧化钾催化效力不如氢氧化钠。中间体二醇的合成试验,同样也考查了催化剂用量、反应时间、反应温度和水的用量对合成效果的影响,试验确定的最佳反应条件为:催化剂用量0.2mol、温度80℃、恒温反应5h。同时考查了催化剂种类对反应产率的影响,试验结果表明,采用BF3-乙醚做催化剂效果稍好于金属钾,其因为是实验的其他条件是以BF3-乙醚做催化剂进行优化的。双十二烷基乙氧基二硫酸脂钠合成试验,考查了硫酸化反应的影响因素,主要包括温度、时间和硫化剂种类对硫酸化效果的影响,确定的最佳试验条件为:硫化剂用量约2mol、温度20℃、反应时间3h。硫化剂种类试验考查了氯磺酸、浓硫酸、发烟硫酸三种,试验结果表明,各种硫化药剂各有优缺点,应用时根据实际情况进行选择。中和反应采用15％的氢氧化钠溶液,反应温度20℃、时间3h。
　　 论文比较了单一和复配体系表面活性剂的脱墨试验效果,几种表面活性剂通过混合复配,可以使得制剂或配方的效果更好,说明各类表面活性剂之间具有良好的配伍性和协同效应。脱墨工艺条件优化试验,考查了脱墨剂配比和用量、NaOH用量、Na2SiO3用量、H2O2用量、EDTA、温度、时间对脱墨效果的影响。选择孪连表面活性剂双十二烷基乙氧基二硫酸脂钠与非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚进行复配,作为脱墨剂主要成分,采用洗涤法确定的最佳试验条件为:配比1.5:1、脱墨剂用量0.3％、NaOH用量1％、Na2SiO3用量2％、H2O2用量1％、EDTA0.2％、温度50℃、时间30min。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 新一代孪连表面活性剂

1.1.1 孪连表面活性剂的发展

1.1.2 孪连表面活性剂的分子结构与分类

1.1.3 孪连表面活性剂的性质

1.2 孪连表面活性剂的应用与合成进展

1.2.1 孪连表面活性剂的应用

1.2.2 孪连表面活性剂的合成进展

1.3 废纸脱墨

1.3.1 废纸利用及废纸处理技术现状

1.3.2 脱墨机理

1.3.3 脱墨剂的选择及特性

1.4 创新点

第二章 实验部分

2.1 孪连表面活性剂的合成

2.1.1 合成路线设计

2.1.2 中间体二甘油醚的合成

2.1.3 中间体二醇的合成

2.1.4 双十二烷基乙氧基二硫酸酯钠的合成

2.2 产品的纯化及结构表征

2.2.1 气-质连用色谱分析

2.2.2 气相色谱分析

2.2.3 薄层及柱色谱分析

2.2.4 红外光谱分析

2.2.5 活化物含量测定

2.3 孪连表面活性剂的性能研究

2.3.1 表面张力测定

2.3.2 泡沫力测定

2.3.3 润湿力测定

2.3.4 去污力测定

2.3.5 乳化力测定

2.3.6 分散力测定

2.3.7 在硬水中的稳定性测定

2.3.8 热重分析

2.4 孪连表面活性剂的脱墨性能研究

2.4.1 洗涤法脱墨

2.4.2 浮选法脱墨

2.4.3 脱墨效果综合评价

第三章 结果与讨论

3.1 孪连表面活性剂的合成

3.1.1 中间体二甘油醚的合成

3.1.2 中间体二醇的合成

3.1.3 双十二烷基乙氧基二硫酸酯钠的合成

3.1.4 产品的分离纯化及结构表征

3.1.5 合成的目的产物

3.2 孪连表面活性剂的性能研究

3.2.1 表面张力与cmc

3.2.2 泡沫力

3.2.3 其它性能

3.2.4 热重分析

3.3 孪连表面活性剂的脱墨性能研究

3.3.1 单一表面活性剂的脱墨效果

3.3.2 表面活性剂复配体系的脱墨效果

3.3.3 工艺条件优化

3.3.4 脱墨方法的比较

第四章 结论

参考文献

致谢

发表论文情况

附录