代磷助剂在不同介质环境下对水的软化性能的研究
目 录
1 引言 1
1.1 代磷助剂的发展概况 1
1.2 代磷助剂作用机理 1
1.3 代磷助剂种类 1
1.4 层状结晶二硅酸钠的研究 6
1.5 本课题研究的内容与意义 9
2 实验部分 10
2.1 实验原料 10
2.2 实验仪器与设备 10
2.3 实验方法 11
2.4 计算 13
3 结果与讨论 15
3.1 层状结晶二硅酸钠吸水性能的测定 15
3.2 层钠水溶液pH值与温度的关系 17
3.3 不同pH值下层钠对钙离子的交换性能 18
3.4 不同pH值下层钠对镁离子的交换性能 18
3.5钙、镁离子浓度不同时层状结晶二硅酸钠的助洗能力 19
3.6 在不同盐环境下层状结晶二硅酸钠的离子交换能力 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
1.1 代磷助剂的发展概况
本世纪30年代以来，随着以石油为原料的表面活性剂的开发和磷酸三钠的应用，合成洗涤剂得到迅速发展。60年代以来，洗涤剂工业发展迅速，当时公认的洗涤剂助剂是磷酸三钠，因其具有无毒价廉、软化水中钙镁离子能力强等优点深受好评。到70年代，世界洗涤剂中磷酸三钠的年消费量达256万t，但是，磷酸三钠所带来的磷污染已引起广泛关注。实践证明，磷酸三钠可造成藻类疯长，水底细菌过量繁殖，水中含氧量下降，水质富营养化，导致生物大量死亡，为此，世界发达国家相继采取了禁磷和限磷措施。随着磷污染越来越被各国人们认识，开发代磷助剂， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
刻不容缓[1]。
从技术上讲，代磷助洗剂除要达到一般助洗剂的性能要求，还要是从生态学角度考虑，要符合安全环保的标准，无磷无氮、对生物没有毒性、不伤害清洗物品，具有生物可降解性，经济可行。70年代以来，人们认识到水体富磷化的危害，代磷助洗剂的研究非常活跃。氮川三醋酸钠(NTA)、三乙酸基胺三钠盐、柠檬酸钠及低分子羧酸盐等有机助剂和4A沸石、硅酸钠及其衍生物等无机助剂相继出现。NTA虽然具有较强的螯合能力、良好的缓冲作用和去污能力，但研究发现它可能引发癌症，因而应用受到严重的限制；而三乙酸基胺三钠盐能降解成硝酸钠应用也受到限制。柠檬酸钠具有较好的生物降解性和安全性，但成本较高，且对重金属离子的螯合力低，温度高于60℃时会丧失效能。聚羧酸盐包括丙烯酸与聚丙烯酸或马来酸的共聚物，单一使用该助剂效果并不理想，但将聚羧酸钠与碳酸钠复配，可以得到较高质量的洗涤剂产品。应用结果表明，聚丙烯酸钠盐是一种比较有前途的有机洗涤助剂，目前4A沸石和硅酸钠衍生物在功能性和经济性方面具有突出的优势[2]。洗涤剂助洗剂经历了从磷酸盐到沸石到硅酸钠的发展[3]。
1.2 代磷助剂作用机理
代磷助剂的主要功能是软化水，然划水的方式不同，钙镁离子生成物状态不同，造成灰份不同，所以助洗效果也不同。根据钙镁离子的脱除机理，软化水方式主要有沉淀作用、离子交换和螯合作用。其中，沉淀作用在脱除钙镁离子时，生成的钙镁沉淀离子容易发生二次沉积，通常在合成洗涤剂中不单独使用[4]。
1.3 代磷助剂种类
寻找价廉、无毒、性能良好，对环境无污染而又能替代STPP的无磷助剂，是国内外合成洗涤剂新产品开发的重要方向，如洗涤剂用4A沸石、P沸石、层状结晶二硅酸钠、偏硅酸钠、聚羧酸盐等沸石类以及无机或有机类化合物。虽然这些无磷助剂各具特色和优势，但目前应用最广、性价比最好的仍然是4A沸石，占整个无磷助剂的90%以上（世界上很多国家的无磷洗涤剂都采用沸石助洗剂）。此外，替代STPP 作为洗涤剂助剂的材料还有偏硅酸钠、层状二硅酸钠、聚丙烯酸钠等。
1.3.1 钠类无机代磷洗涤助剂
（1）碳酸钠
碳酸钠俗称纯碱。无水碳酸钠为白色颗粒状，吸湿后结成硬块。洗涤剂配方中的碳酸钠可去除水中的硬离子，它可以将水中的钙、镁离子转化为碳酸钙和碳酸镁，从溶液中沉淀出去，从而使水质得到软化；同时，它可使洗涤液具有一定的碱度，使洗涤剂中的活性物具有较高的去污力，不会因遇到酸性污垢而失效。另外，它可同油性污垢中的动植物油脂发生皂化，增加去污力。但碳酸钠对织物有破坏作用，会降低织物强度，因此在配方中用量不宜过高[5]。
（2）硫酸钠
工业硫酸钠俗称芒硝，是含有10个结晶水的硫酸钠（Na2SO410H2O）；无水硫酸钠俗称元明粉。它是中性无机盐，可作为填充料以增加粉状洗涤剂的固体物含量，降低成本。硫酸钠可以降低洗涤液的表面张力和表面活性剂的临界胶束浓度，提高洗涤剂对纤维的吸附速度和吸附量，有利于润湿去污等。硫酸钠属于中性物，加入到洗衣粉中对pH值无影响，适用于对碱性敏感的毛丝类的洗涤剂，对皮肤无刺激、对金属无腐蚀。它在配料过程中还有利于降低料液的黏度，便于洗衣粉成型。在颗粒状洗涤剂中，硫酸钠吸水后形成结晶体，可增加粉体流动性，防止成品结块[5]。
（3）过碳酸钠
过碳酸钠（简称SPC）具有很强的漂白洗涤能力，是一种具有多种用途的新型精细化工产品，被广泛用于洗涤用品行业。它在洗涤过程中由过氧化物释放出活性氧而发挥漂白作用，使白色织物更白、有色织物增艳，从而提高去污能力。SPC作为磷系添加剂和过硼酸钠的替代产品，近年来在世界各国发展较快。由于SPC的溶解度、漂白性能较过硼酸钠好，同时克服了氯系漂白剂存在的臭味、有色织物褪色、不能与洗涤剂混合作用、不适于动物纤维及合成纤维品、不能与荧光材料共用、低温短时间难见效等缺点。它同时具有洗涤、增色、杀菌消毒等用，对棉、毛、合成纤维及其纺织品、皮毛、油脂、矿物油、纸浆等都有洗涤和漂白作用。过碳酸钠特别适于作为无磷洗衣粉的原料，产品去污力强且对环境无污染。因此，国外洗衣粉中SPC已占20% 左右，非常有发展潜力[5]。
1.3.2硅类无机代磷洗涤助剂
（1）硅酸钠
硅酸钠（俗称水玻璃或泡花碱）是最早使用的无机洗涤助剂。它由不同的Na2O和SiO2结合而成，因此其化学式不定，通式为mNa2OnSiO2，其中n/m 为模数。改变模数，水玻璃的性质亦将改变，合成洗涤剂中所用的硅酸钠为中性水玻璃及碱性水玻璃（模数为2.44～3.36∶1），能在水中形成稳定的溶剂化胶束，与表面活性剂在一起使用时有良好的助洗作用[5]。
1.3.3沸石类助剂
（1）4A沸石
4A沸石俗称分子筛，是多孔性晶体状硅铝酸钠。其化学组成为Na12[(Al2O3)(SiO2)12]27H2O，分子骨架中的第一个氧原子都为相邻的两个四面体所共有，这种结构成了可为阳离子和水分子占据的大晶穴，为钙、镁或其他金属离子与钠离子交换提供了基体。由于具备等孔径、大孔容及高离子交换容量，已作为一类重要的新材料而得到愈来愈广泛的应用。4A沸石对钙离子的交换能力大于STPP对钙离子的螯合能力，同时还能与不溶性污垢发生共沉淀作用，有助于去污。其组成与泥土相似，对环境无污染。在研制代磷助剂的历程中，4A沸石可以说是比较成功的范例，如今很多国家的低磷、无磷洗衣粉使用的助剂就是4A沸石,但不利的一点是，洗涤后排掉的4A沸石会在地表形成新的堆积物，造成水管堵塞等，对环境有一定的不利影响[8]。
1 引言 1
1.1 代磷助剂的发展概况 1
1.2 代磷助剂作用机理 1
1.3 代磷助剂种类 1
1.4 层状结晶二硅酸钠的研究 6
1.5 本课题研究的内容与意义 9
2 实验部分 10
2.1 实验原料 10
2.2 实验仪器与设备 10
2.3 实验方法 11
2.4 计算 13
3 结果与讨论 15
3.1 层状结晶二硅酸钠吸水性能的测定 15
3.2 层钠水溶液pH值与温度的关系 17
3.3 不同pH值下层钠对钙离子的交换性能 18
3.4 不同pH值下层钠对镁离子的交换性能 18
3.5钙、镁离子浓度不同时层状结晶二硅酸钠的助洗能力 19
3.6 在不同盐环境下层状结晶二硅酸钠的离子交换能力 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
1.1 代磷助剂的发展概况
本世纪30年代以来，随着以石油为原料的表面活性剂的开发和磷酸三钠的应用，合成洗涤剂得到迅速发展。60年代以来，洗涤剂工业发展迅速，当时公认的洗涤剂助剂是磷酸三钠，因其具有无毒价廉、软化水中钙镁离子能力强等优点深受好评。到70年代，世界洗涤剂中磷酸三钠的年消费量达256万t，但是，磷酸三钠所带来的磷污染已引起广泛关注。实践证明，磷酸三钠可造成藻类疯长，水底细菌过量繁殖，水中含氧量下降，水质富营养化，导致生物大量死亡，为此，世界发达国家相继采取了禁磷和限磷措施。随着磷污染越来越被各国人们认识，开发代磷助剂， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
刻不容缓[1]。
从技术上讲，代磷助洗剂除要达到一般助洗剂的性能要求，还要是从生态学角度考虑，要符合安全环保的标准，无磷无氮、对生物没有毒性、不伤害清洗物品，具有生物可降解性，经济可行。70年代以来，人们认识到水体富磷化的危害，代磷助洗剂的研究非常活跃。氮川三醋酸钠(NTA)、三乙酸基胺三钠盐、柠檬酸钠及低分子羧酸盐等有机助剂和4A沸石、硅酸钠及其衍生物等无机助剂相继出现。NTA虽然具有较强的螯合能力、良好的缓冲作用和去污能力，但研究发现它可能引发癌症，因而应用受到严重的限制；而三乙酸基胺三钠盐能降解成硝酸钠应用也受到限制。柠檬酸钠具有较好的生物降解性和安全性，但成本较高，且对重金属离子的螯合力低，温度高于60℃时会丧失效能。聚羧酸盐包括丙烯酸与聚丙烯酸或马来酸的共聚物，单一使用该助剂效果并不理想，但将聚羧酸钠与碳酸钠复配，可以得到较高质量的洗涤剂产品。应用结果表明，聚丙烯酸钠盐是一种比较有前途的有机洗涤助剂，目前4A沸石和硅酸钠衍生物在功能性和经济性方面具有突出的优势[2]。洗涤剂助洗剂经历了从磷酸盐到沸石到硅酸钠的发展[3]。
1.2 代磷助剂作用机理
代磷助剂的主要功能是软化水，然划水的方式不同，钙镁离子生成物状态不同，造成灰份不同，所以助洗效果也不同。根据钙镁离子的脱除机理，软化水方式主要有沉淀作用、离子交换和螯合作用。其中，沉淀作用在脱除钙镁离子时，生成的钙镁沉淀离子容易发生二次沉积，通常在合成洗涤剂中不单独使用[4]。
1.3 代磷助剂种类
寻找价廉、无毒、性能良好，对环境无污染而又能替代STPP的无磷助剂，是国内外合成洗涤剂新产品开发的重要方向，如洗涤剂用4A沸石、P沸石、层状结晶二硅酸钠、偏硅酸钠、聚羧酸盐等沸石类以及无机或有机类化合物。虽然这些无磷助剂各具特色和优势，但目前应用最广、性价比最好的仍然是4A沸石，占整个无磷助剂的90%以上（世界上很多国家的无磷洗涤剂都采用沸石助洗剂）。此外，替代STPP 作为洗涤剂助剂的材料还有偏硅酸钠、层状二硅酸钠、聚丙烯酸钠等。
1.3.1 钠类无机代磷洗涤助剂
（1）碳酸钠
碳酸钠俗称纯碱。无水碳酸钠为白色颗粒状，吸湿后结成硬块。洗涤剂配方中的碳酸钠可去除水中的硬离子，它可以将水中的钙、镁离子转化为碳酸钙和碳酸镁，从溶液中沉淀出去，从而使水质得到软化；同时，它可使洗涤液具有一定的碱度，使洗涤剂中的活性物具有较高的去污力，不会因遇到酸性污垢而失效。另外，它可同油性污垢中的动植物油脂发生皂化，增加去污力。但碳酸钠对织物有破坏作用，会降低织物强度，因此在配方中用量不宜过高[5]。
（2）硫酸钠
工业硫酸钠俗称芒硝，是含有10个结晶水的硫酸钠（Na2SO410H2O）；无水硫酸钠俗称元明粉。它是中性无机盐，可作为填充料以增加粉状洗涤剂的固体物含量，降低成本。硫酸钠可以降低洗涤液的表面张力和表面活性剂的临界胶束浓度，提高洗涤剂对纤维的吸附速度和吸附量，有利于润湿去污等。硫酸钠属于中性物，加入到洗衣粉中对pH值无影响，适用于对碱性敏感的毛丝类的洗涤剂，对皮肤无刺激、对金属无腐蚀。它在配料过程中还有利于降低料液的黏度，便于洗衣粉成型。在颗粒状洗涤剂中，硫酸钠吸水后形成结晶体，可增加粉体流动性，防止成品结块[5]。
（3）过碳酸钠
过碳酸钠（简称SPC）具有很强的漂白洗涤能力，是一种具有多种用途的新型精细化工产品，被广泛用于洗涤用品行业。它在洗涤过程中由过氧化物释放出活性氧而发挥漂白作用，使白色织物更白、有色织物增艳，从而提高去污能力。SPC作为磷系添加剂和过硼酸钠的替代产品，近年来在世界各国发展较快。由于SPC的溶解度、漂白性能较过硼酸钠好，同时克服了氯系漂白剂存在的臭味、有色织物褪色、不能与洗涤剂混合作用、不适于动物纤维及合成纤维品、不能与荧光材料共用、低温短时间难见效等缺点。它同时具有洗涤、增色、杀菌消毒等用，对棉、毛、合成纤维及其纺织品、皮毛、油脂、矿物油、纸浆等都有洗涤和漂白作用。过碳酸钠特别适于作为无磷洗衣粉的原料，产品去污力强且对环境无污染。因此，国外洗衣粉中SPC已占20% 左右，非常有发展潜力[5]。
1.3.2硅类无机代磷洗涤助剂
（1）硅酸钠
硅酸钠（俗称水玻璃或泡花碱）是最早使用的无机洗涤助剂。它由不同的Na2O和SiO2结合而成，因此其化学式不定，通式为mNa2OnSiO2，其中n/m 为模数。改变模数，水玻璃的性质亦将改变，合成洗涤剂中所用的硅酸钠为中性水玻璃及碱性水玻璃（模数为2.44～3.36∶1），能在水中形成稳定的溶剂化胶束，与表面活性剂在一起使用时有良好的助洗作用[5]。
1.3.3沸石类助剂
（1）4A沸石
4A沸石俗称分子筛，是多孔性晶体状硅铝酸钠。其化学组成为Na12[(Al2O3)(SiO2)12]27H2O，分子骨架中的第一个氧原子都为相邻的两个四面体所共有，这种结构成了可为阳离子和水分子占据的大晶穴，为钙、镁或其他金属离子与钠离子交换提供了基体。由于具备等孔径、大孔容及高离子交换容量，已作为一类重要的新材料而得到愈来愈广泛的应用。4A沸石对钙离子的交换能力大于STPP对钙离子的螯合能力，同时还能与不溶性污垢发生共沉淀作用，有助于去污。其组成与泥土相似，对环境无污染。在研制代磷助剂的历程中，4A沸石可以说是比较成功的范例，如今很多国家的低磷、无磷洗衣粉使用的助剂就是4A沸石,但不利的一点是，洗涤后排掉的4A沸石会在地表形成新的堆积物，造成水管堵塞等，对环境有一定的不利影响[8]。
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