摘要：綜述了表面活性劑在化學清洗中的作用原理、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，并分析了其中存在的問題。指出了合成可生物降解的綠色表面活性劑及開發(fā)表面活性劑的綠色合成工藝是今后發(fā)展的重要方向。

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝的設(shè)備和管線中會產(chǎn)生各種各樣的污垢，如結(jié)焦、油污垢、水垢、沉積物、腐蝕性的污垢等，這些污垢通常會導致設(shè)備和管線失效、裝置系統(tǒng)生產(chǎn)效率下降、能耗增加等，嚴重時甚至發(fā)生安全事故。

近年來，隨著新型合成工業(yè)的迅猛發(fā)展，新型的工業(yè)污垢也不斷涌現(xiàn)，而且其分子結(jié)構(gòu)組成日趨復雜；另外，工業(yè)污垢和不同洗滌對象之間的粘結(jié)機理和粘結(jié)形態(tài)，也往往取決于污垢種類及被清洗對象的結(jié)構(gòu)組成和表面物化性質(zhì)。出于環(huán)境保護的需要，目前對化學藥劑的可生物降解性及無毒無害性要求日益提高，因此，對化學清洗技術(shù)不斷提出了新的挑戰(zhàn)。

化學清洗是一門綜合技術(shù)，涉及到污垢形成和性能的研究、清洗劑及助劑的選擇配制、緩蝕劑的選用、清洗工藝技術(shù)、清洗設(shè)備的研制和利用、清洗過程檢測技術(shù)以及廢液處理等等。其中，清洗劑的選擇是決定清洗工作成敗關(guān)鍵的一環(huán)，它直接影響設(shè)備的清洗效果、除垢率、腐蝕率及經(jīng)濟效益等。

清洗劑主要由清洗主劑、緩蝕劑、表面活性劑三大組分構(gòu)成。表面活性劑由于其分子結(jié)構(gòu)中同時具有親水基和疏水基部分，在化學清洗中起著吸附、滲透、乳化、溶解、洗滌等作用，其在化學清洗中不僅僅作為輔助劑，而且可以作為主要組分而得到廣泛重視，尤其在酸洗、堿洗、緩蝕、除油、殺生等清洗過程中已經(jīng)發(fā)揮出越來越大的作用。

國內(nèi)外對表面活性劑在化學清洗中的應(yīng)用進行了大量的研究，本文將對表面活性劑在化學清洗中的應(yīng)用現(xiàn)狀及進展作一簡要的評述。

1、表面活性劑概述

表面活性劑是指能顯著降低液體的表面張力和液液界面張力的物質(zhì)。它們的分子都由極性的親水基和非極性的憎水基兩部分組成。

親水部分常見的為羧基、硫酸酯、磺酸基、胺基、季銨基、羥基等，憎水部分則為長鏈烷烴和芳烴為代表的基團。由于它們具有既親水又親油的兩親性質(zhì)，因而在化學清洗時可使清洗溶液表面性質(zhì)改變，使其具有較低的表面張力，較好的潤濕性與起泡性。

根據(jù)表面活性部分所帶電荷的不同可將表面活性劑分為陰離子型、陽離子型、非離子型與兩性型四大類。

2、表面活性劑在化學清洗劑中的作用機理

清洗主劑、緩蝕劑、表面活性劑是構(gòu)成化學清洗溶液的三大組成部分，表面活性劑特殊的化學結(jié)構(gòu)，決定了表面活性劑溶解在液體溶液中后，使得溶液的表面張力大大降低，提高了溶液的潤濕能力。特別當溶液中表面活性劑的濃度達到臨界膠束CMC濃度時，溶液的表面張力、滲透壓、粘度、光學性質(zhì)等都有顯著變化。

表面活性劑在化學清洗過程中的潤濕、滲透、分散、乳化、增溶作用起到事半功倍的效果。概括起來，化學清洗中表面活性劑主要有兩種作用，一是利用膠束的溶解作用提高難溶性有機污染物的表觀濃度，即增溶作用；二是由于表面活性劑具有兩親基團，能吸附或富集在油相與水相的界面上，使界面張力降低。

3、表面活性劑在化學清洗劑中的應(yīng)用

在選擇表面活性劑時，應(yīng)特別注意清洗劑、緩蝕劑、表面活性劑各組分的性質(zhì)及其相互作用的匹配性。

3.1、在緩蝕劑中的應(yīng)用

表面活性劑是能對緩蝕過程產(chǎn)生顯著作用的添加劑，能增加潤濕性、分散性與發(fā)泡性，促進酸洗液同垢、銹的接觸，以及改變酸洗后基體金屬表面狀態(tài)，從而提高酸洗質(zhì)量。有的表面活性劑還具有一定的緩蝕性能，能得到比使用單一緩蝕組分更好的效果。在緩蝕劑配方中一般添加的表面活性劑為陰離子型的C10~C18烷基或烷基苯磺酸鹽或烷基硫酸鹽，或為非離子型的高級醇、酚類的聚氧乙烯基化合物。但某些緩蝕劑中也會有陽離子型表面活性劑，如季銨鹽等。

有文獻報道，非離子表面活性劑Tween80在三種無機酸介質(zhì)（HCl、H2SO4、H3PO4）中對鋼都有較好的緩蝕作用；袁朗白等研究過陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（DBSAS）和非離子表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚（OP）協(xié)同效應(yīng)對鋼的緩蝕效果，發(fā)現(xiàn)DBSAS和OP復配后對鋼產(chǎn)生明顯的緩蝕協(xié)同效果，且復配濃度范圍較寬。

3.2、在酸洗中的應(yīng)用

3.2.1、用作酸霧抑制劑

在酸洗中，鹽酸、硫酸或硝酸在與銹垢反應(yīng)的同時，不可避免會與金屬基體反應(yīng)、放熱，并產(chǎn)生大量酸霧。在酸洗液中加入表面活性劑，由于其憎水基的作用，在酸洗液的表面形成定向排列的不溶的線狀膜覆蓋層，并利用表面活性劑的發(fā)泡作用，可抑制酸霧揮發(fā)。當然，一般酸洗液中往往加入緩蝕劑，能大大減少金屬的腐蝕速度，降低了析氫量，也即相應(yīng)減少了酸霧。

王瑞峰等研制了BSY型酸霧抑制劑，在金屬材料酸堿處理時能有效地抑制酸霧；長沙礦冶研究院袁交秋等研制了YJ-509酸霧抑制劑，抑霧效率可達92%以上。

3.2.2、用作酸洗除油二合一清洗

一般工業(yè)設(shè)備化學清洗中，如污垢有油脂成分，為保證酸洗質(zhì)量，首先要經(jīng)過堿洗再進行酸洗。如在酸洗液中添加一定量的以非離子表面活性劑為主的除油劑，則可合并成一個工序。此外，一般固體清洗液大多以氨基磺酸為主要成分，并含有一定量的表面活性劑、硫脲及無機鹽等組分，使用時兌水。這種清洗劑不僅具有良好的除銹除垢緩蝕性能，還能同時去除油分。

梁國柱等研究開發(fā)的BH-6高效酸洗除油劑效果顯著，幾年來在國內(nèi)一百多家電鍍、噴涂廠中應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益；余存燁等采用復合無機酸加非離子表面活性劑及緩蝕劑的清洗液進行噴淋循環(huán)清洗，也取得了滿意的效果。

3.3、在堿洗中的應(yīng)用

3.3.1、一般設(shè)備清洗

堿洗是以強堿性的化學藥劑作為清洗劑來疏松、乳化和分散金屬設(shè)備內(nèi)污垢的一類清洗方法。它往往作為酸洗的前處理，以除去系統(tǒng)與設(shè)備中的油脂或使硫酸鹽、硅酸鹽等難溶垢轉(zhuǎn)化，使酸洗易于進行。常用堿洗藥劑有氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉或硅酸鈉，同時添加表面活性劑，以便潤濕油脂與分散污垢，提高堿洗效果。

徐高揚等發(fā)現(xiàn)在重堿洗水中加入添加劑NPE-10，可有效地降低重堿水含量和NaCl含量，既減少停爐次數(shù)，又提高了燃燒爐的生產(chǎn)能力；余存燁研究的設(shè)備酸洗前堿洗除油配方為：氫氧化鈉3%~5%、碳酸鈉2%~3%、三聚磷酸鈉4%~5%、水玻璃為1%~1.5%、十二烷基磺酸鈉2%~5%，80~90℃。

3.3.2、用于水基金屬清洗劑

水基金屬清洗劑是一類以表面活性劑為溶質(zhì)，水為溶劑，金屬硬表面為清洗對象的洗滌劑。它可代替汽油、煤油以節(jié)約能源，主要用于機械制造與修理、機械設(shè)備維修與保養(yǎng)等方面的金屬清洗。有時也可以作為石化設(shè)備一般油垢的清洗。水基清洗劑多以非離子型表面活性劑與陰離子型表面活性劑復配物為主體，再加多種輔加劑所組成的混和物。前者去污力大，具有良好的防銹、緩蝕能力，后者能提高并改進清洗劑的綜合性能。

在選擇表面活性劑時，應(yīng)特別注意清洗劑、緩蝕劑、表面活性劑各組分的性質(zhì)及其相互作用的匹配性。

3.4、在絡(luò)合清洗中的應(yīng)用

絡(luò)合劑又稱螯合劑或配位體，它是利用各種絡(luò)合劑（含螯合劑）對各種成垢離子的絡(luò)合作用（配位作用）或螯合作用，使之生成可溶性的絡(luò)合物（配位化合物）而進行清洗的。

在絡(luò)合劑清洗中往往加入表面活性劑，以促進清洗過程。常用的無機絡(luò)合劑有三聚磷酸鈉等，常用的有機螯合劑有乙二胺四乙酸（EDTA），氮三乙酸（NTA）等。絡(luò)合劑清洗除用于冷卻水系統(tǒng)清洗外，目前在難溶垢的清洗中有較大發(fā)展。由于它能絡(luò)合或螯合各種難溶垢中的金屬離子，故清洗效率高。

武鋼燒結(jié)廠黃新發(fā)等人采用堿式絡(luò)合清洗法對溴機溶液腔進行了清洗和預(yù)膜，達到了減輕腐蝕，延長溴機使用壽命的目的。

3.5、在重質(zhì)油垢、焦垢清洗中的應(yīng)用

石油煉制和石油化工裝置中，換熱設(shè)備和管線的重質(zhì)油垢與焦垢沉積嚴重，經(jīng)常需要清洗。采用有機溶劑毒性大，易燃易爆；而采用一般堿洗法，對重質(zhì)油垢與焦垢無效。

目前國內(nèi)外研制的重質(zhì)油垢清洗劑主要以復合型表面活性劑為主，由幾種非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑的復配物、再加無機助洗劑與堿性物質(zhì)組成。復合表面活性劑不僅產(chǎn)生潤濕、滲透、乳化、分散、增溶與起泡效果，還具有吸收FeS2的作用，一般需在80℃以上加熱清洗。

王國泰等以表面活性劑、有機溶劑和水為原料，采用轉(zhuǎn)相乳化法研制了一種性能優(yōu)良的硬表面油垢清洗劑，能高效快速地去除各種硬表面（如廚房灶具、玻璃、瓷片等）上的油性污垢，特別是對各種金屬表面的油垢和焦垢十分有效。

3.6、冷卻水殺生劑中的應(yīng)用

在冷卻水系統(tǒng)中有微生物粘泥時，采用非氧化性殺生劑、同時加入低泡型非離子表面活性劑作分散劑與滲透劑，可增大藥劑的活性，同時促進藥劑滲入細胞內(nèi)和真菌的粘液層內(nèi)。

另外季胺鹽類殺生劑也多有應(yīng)用，它是一些陽離子表面活性劑，最常用的是潔爾滅和新潔爾滅，它們均具有殺生力強、使用方便、毒性小和成本低的優(yōu)點。它們除具有剝離粘泥和除去水中臭味的功能外，還具有緩蝕作用。

此外，季胺鹽與二硫氰基甲烷復合的殺生劑，不但具有廣譜與增效的殺生作用，而且還能防止粘泥的生長。

4、表面活性劑對環(huán)境的危害

表面活性劑由于其獨特的性質(zhì)而廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個部門，尤其在清洗行業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。但大量的表面活性劑通過多種途徑進入生態(tài)環(huán)境，對環(huán)境造成的危害也越來越嚴重。其中絕大部分的表面活性劑未經(jīng)妥善處理即排放到河流、海洋等自然水體中，嚴重影響周圍生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。

表面活性劑在低濃度下即產(chǎn)生大量泡沫，它的存在不僅影響了自然水體景觀的美感，且其生物毒性還直接威脅到水生動植物的生存；另外由于水中表面活性劑的存在，其進行的有氧生物降解消耗了大量的氧氣，使水中溶解氧量明顯降低，造成水質(zhì)惡化；還有一部分表面活性劑不僅具有抑制和殺死微生物的作用，而且還抑制其他有毒物質(zhì)的降解。

另一方面，大量水體中未能被降解的表面活性劑被土壤吸附以后，影響了土壤的某些性質(zhì)，顯著地降低了土壤對有機毒物的吸附作用，并改變了土壤中微生物的組成，造成了進一步的污染。表面活性劑的污染已經(jīng)成為環(huán)境領(lǐng)域面臨的一個難題。因此，在表面活性劑的研究及應(yīng)用過程中，應(yīng)考慮到表面活性劑自身可能產(chǎn)生的危害和污染及在環(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化、累積效應(yīng)等方面的影響。

5、發(fā)展展望

隨著人們環(huán)保意識的日益加強，表面活性劑環(huán)境安全問題越來越受到重視，如關(guān)于表面活性劑是否對環(huán)境安全造成危害的討論、表面活性劑的生態(tài)學及毒性評估等。同時，還有許多人擔心隨著品種繁多的日化用品不斷成為人們的生活必需品，如牙膏、皂類、餐具洗滌劑、洗衣粉（劑）及各類化妝品等，每個人每天都會或多或少地攝入一定量的表面活性劑。因此，對人體低毒無毒的、可生物降解的環(huán)保型綠色表面活性劑研制和開發(fā)的呼聲越來越高。

目前，表面活性劑的研究和生產(chǎn)利用正在向綠色化和功能化方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在：

1）改良表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)，開發(fā)易生物降解的綠色表面活性劑。比如，以降解性能優(yōu)良的烯基磺酸鹽、氧化胺、聚氧乙烯非離子型以及冠醚類、淀粉基、氨基酸型高分子表面活性劑、兩性表面活性劑、生物表面活性劑來逐步取代烷基、芳基磺酸鹽、含苯環(huán)的聚氧乙烯烷基酚醚等難生物降解的表面活性劑。

2）設(shè)計和研發(fā)對人體溫和的表面活性劑，避免在表面活性劑的使用過程中，對人體皮膚和內(nèi)臟器官造成重大損害。

3）在表面活性劑的合成過程中，充分應(yīng)用表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)，篩選和開發(fā)多功能的處理劑，擴展清洗功能，降低處理劑成本。

4）在考慮表面活性劑的產(chǎn)品綠色化及原料綠色化的同時，應(yīng)加強表面活性劑的綠色化學合成工藝的開發(fā)研究。