CN112023452B - 一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法 - Google Patents

一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，按重量份计，其制备原料包括二甲基硅油30‑60份、二氧化硅10‑20份、机油15‑25份、液体石蜡10‑20份、乳化剂2.5‑5.5份、增稠剂1.5‑4.5份；所述二氧化硅为气相法二氧化硅。制备方法包括各组成分的混合、加热、搅拌、乳化。本发明制备的生活污水处理用消泡剂具有较强的消泡能力和较好的抑泡能力，同时在高温、酸碱环境仍保持稳定的消泡抑泡能力。

Description

一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法。
背景技术
生活污水主要是人类生活中使用的各种厨房用水、洗涤用水和卫生间用水所产生的排放水，生活污水所含的污染物主要是有机物和大量微生物，有机物的分解和微生物的繁殖会产生大量泡沫。直接将生活污水排放的话对人体健康、周边环境造成威胁，因此需要对污水进行处理。其中对生活污水加入消泡剂进行消泡处理是污水处理的一个重要环节。目前的消泡剂往往价格比较昂贵，消泡能力也不够强，因此使用时需要加入大量的消泡剂，并且消泡后抑泡效果持续时间短，需要持续加入消泡剂。另外消泡剂在一些高温环境或者酸碱性环境的使用会影响消泡剂的有效成分，使消泡剂的效果减弱。
发明内容
为了解决以上问题，本发明第一方面提供了一种生活污水处理用消泡剂，按重量份计，其制备原料包括二甲基硅油30-60份、二氧化硅10-20份、机油15-25份、液体石蜡10-20份、乳化剂2.5-5.5份、增稠剂1.5-4.5份；所述二氧化硅为气相法二氧化硅。
作为一种优选的技术方案，所述二甲基硅油25℃的运动粘度为300-400mm2/s。
作为一种优选的技术方案，所述气相法二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅。
作为一种优选的技术方案，所述疏水型气相法二氧化硅的比表面积为120-180m2/g。
作为一种优选的技术方案，所述机油为混入了灰尘或机件磨损产生的金属粉末的废机油。
作为一种优选的技术方案，所述液体石蜡为重质液体石蜡。
作为一种优选的技术方案，所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯、甲基葡萄糖苷聚氧乙烯醚的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的混合，重量比为(0.8～1.2):1。
作为一种优选的技术方案，所述增稠剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素的一种或几种。
本发明的第二方面提供了一种如上所述的一种生活污水处理用消泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在反应釜中加入二甲基硅油和气相法二氧化硅，边搅拌边加热，加热到150～160℃后保温60～90min得到混合物。
S2、将S1中得到的混合物与机油、液体石蜡、乳化剂、增稠剂加到反应釜中混合，加热至50-60℃后保温1h后，加热与保温过程中搅拌，冷却后用剪切乳化搅拌机搅拌20min，得到消泡剂。
有益效果：
1.所用二甲基硅油为在25℃运动粘度为300-400mm2/s的二甲基硅油，有利于调节消泡剂的粘度，从而使消泡剂具有较好的分散性，增加消泡速度。
2.所用气相法二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅，不会被水完全浸渍，能很好的吸附在二甲基硅油上，从而能够和二甲基硅油一起在泡沫液膜表面形成一座双凹面的油桥，油桥的形成有利于提高破泡能力。另外，油桥的形成还能抑制泡沫液膜的形成，从而提高消泡剂的抑泡能力。
3.疏水型气相法二氧化硅的比表面积为120-180m2/g有利于疏水型气相法二氧化硅的均匀分散和与以及吸附二甲基硅油的能力。从而提高消泡剂的消泡抑泡能力和稳定性。
4.当聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的重量比为(0.8～1.2):1时，形成的乳胶粒子中乳化剂分子排列紧密，从而使消泡剂活性成分更加稳定，使消泡剂成分在不同的温度、不同的酸碱度环境也不会发生结构变化而失去消泡抑泡活性。
5.废机油的使用不仅实现了资源的再利用，减少了废机油对环境的污染，而且废机油中的灰尘、杂质等也具有刺破泡沫的能力，从而提高了消泡剂的消泡效果。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本发明中提供的任何定义不一致，则以本发明中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
为了解决以上问题，本发明第一方面提供了一种生活污水处理用消泡剂，按重量份计，其制备原料包括二甲基硅油30-60份、二氧化硅10-20份、机油15-25份、液体石蜡10-20份、乳化剂2.5-5.5份、增稠剂1.5-4.5份；所述二氧化硅为气相法二氧化硅。
二甲基硅油也称为聚二甲基硅氧烷，是一种疏水类的有机硅物料。表面张力比水、表面活性剂及一般起泡液的表面张力都要低，易于在起泡液面铺展，所以消泡抑泡能力比较强。可以用较少量的二甲基硅油获得很高的活性，且热稳定性好，是消泡剂中重要的活性成分。
为了调节消泡剂的粘度，从而使消泡剂具有较好的分散性，增加消泡速度，在一些优选的实施方案中，所述二甲基硅油在25℃的运动粘度为300-400mm2/s。这是因为二甲基硅油的黏度必须适中，黏度过小，消泡速度快，抑泡时间变短；黏度过大，消泡速度变慢，抑泡时间增长，且高黏度的二甲基硅油难于乳化。
气相法二氧化硅是硅的卤化物在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末，俗称气相法白炭黑，它是一种无定形二氧化硅产品。气相法二氧化硅分为亲水型和疏水型，在一些优选的实施方案中，所述气相法二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅，这是因为亲水型气相法二氧化硅因其亲水性，使用中粒子会被水完全浸渍，就不能吸附表面活性剂，另外，如果亲水型粒子存在泡沫液膜内，还会阻止液膜变薄，所以对抑泡性能具有负作用。
疏水型气相法二氧化硅不会被水完全浸渍，因此能很好的吸附在二甲基硅油上，从而能够和二甲基硅油一起在泡沫液膜表面形成一座双凹面的油桥，油桥受到油-水和气-液界面的不平衡毛细管压力的作用而沿径向方向逐渐拉伸，在油桥中间形成一层薄而不稳定的油膜，最后油膜的破裂导致整个液膜穿孔并破裂，从而提高破泡能力。另外，油桥的形成还能抑制泡沫液膜的形成，从而提高消泡剂的抑泡能力。
为了提高消泡速度，在一些优选的实施方案中，所述疏水型气相法二氧化硅的比表面积为120-180m2/g。因为如果比表面积太大，疏水型气相法二氧化硅很难在液膜界面突出来刺穿液膜，而比表面积太小，粒子数目减少严重，从而导致很多液膜没有疏水气相法二氧化硅粒子的存在，从而降低了消泡抑泡能力。
在一些优选的实施方案中，混入了灰尘或机件磨损产生的金属粉末的废机油的使用不仅实现了资源的再利用，减少了废机油对环境的污染，而且其中的灰尘、杂质等能够进入泡沫液膜形成桥接，从而刺破泡沫液膜，提高了消泡剂的消泡效果。
为了调节疏水型气相法二氧化硅的分散性，在一些优选的实施方案中，选择重质液体石蜡，这疏水型气相法二氧化硅在体系中的分散均匀性直接影响着消泡剂的消泡能力，而重质液体石蜡则有利于气相法二氧化硅在体系中的均匀分散。
为了提高消泡剂的稳定性，加入乳化剂混合，乳化的主要作用是将油性物质均匀分散在水相中，使乳状液的乳胶粒子足够小，具有动力学稳定性，并使乳状液具有长期稳定性。
乳化剂的选择不仅要提高消泡剂的稳定性，也要不影响消泡剂的消泡能力，在一些优选的实施方案中，所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的混合，重量比为(0.8～1.2):1。这是因为聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯具有低的界面张力，良好的表面活性。另外，复合型乳化剂能够得到高效的乳化性能，比使用单一的乳化剂效果要好。但不同的复合类型所得乳化性能对不同体系影响不同，并不是所有的复合型均适用于本申请体系。当聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的重量比为(0.8～1.2):1时，形成的乳胶粒子中乳化剂分子排列紧密，从而使消泡剂活性成分更加稳定，使消泡剂成分在不同的温度、不同的酸碱度环境也不会发生结构变化而失去消泡抑泡活性。
实施例
以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
实施例1提供了一种生活污水处理用消泡剂，按重量份计，制备原料包括二甲基硅油(购自山东隆汇化工有限公司，型号为：#201-350，25℃运动粘度为350±18mm2/s)45份、气相法二氧化硅15份、机油20份、液体石蜡15份、乳化剂3份、增稠剂2份。
所述气相法二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅(购自上海缘江化工有限公司,比表面为120-150m2/g)；所述机油为混入了机件磨损产生的金属粉末的车床用废机油；所述液体石蜡为重质液体石蜡(购自上海伊泰化学有限公司，型号：重质液体石蜡C14-16)；所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯(购自南通市谦和化工有限公司)和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯(武汉华翔科洁生物技术有限公司)的混合，重量比为1:1；所述增稠剂为羟乙基纤维素(购自潍坊沃博环保科技有限公司)。
本实施例还提供了一种生活污水处理用消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、在反应釜中加入450g二甲基硅油和150g疏水型气相法二氧化硅，边搅拌边加热，加热到150℃后保温80min得到混合物。
S2、将S1中得到的混合物与200g废机油、150g重质液体石蜡、15g聚乙二醇单硬脂酸酯和15g甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的混合物、20g羟乙基纤维素加到反应釜中混合，加热至60℃后保温1h后，加热与保温过程中搅拌，冷却后用剪切乳化搅拌机搅拌20min，得到消泡剂。
实施例2
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，二甲基硅油30份、二氧化硅20份、机油25份、液体石蜡20份、乳化剂3.5份、增稠剂1.5份。
实施例3
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，二甲基硅油60份、二氧化硅10份、机油15份、液体石蜡10份、乳化剂2.5份、增稠剂2.5份。
对比例1
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，二甲基硅油65份、二氧化硅10份、机油10份、液体石蜡10份、乳化剂2.5份、增稠剂2.5份。
对比例2
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，二甲基硅油(购自山东隆汇化工有限公司，型号为：#201-100)25℃的运动粘度为92-108mm2/s。
对比例3
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，所述二氧化硅为亲水型气相法二氧化硅(购自寿光市宝特化工有限公司，型号：W-150)。
对比例4
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，所述二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅，其比表面积为80-120m2/g(上海统麒化工有限公司，型号：TQ-100)。
对比例5
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，所述液体石蜡的重量份为0。
对比例6
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯。
对比例7
与实施例1类似的提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，但是在所述的制备原料中，所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯，重量比为2:1。
性能评价
为了便于测试消泡剂的性能，本测试通过十二烷基苯磺酸钠溶液中通入N2来模拟起泡的生活污水，具体实验如下：
1、消泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，向其中通N2，流量为3L/min，当泡沫高度达到1L刻度时，向其中加入0.1g消泡剂，记录泡沫消失的时间，此为消泡时间，结果见表1；
2、抑泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，向其中加入0.1g消泡剂，然后通N2，流量为3L/min，记录下泡沫达到1L刻度时所需要的时间，此为抑泡时间，结果见表1。
3、高温环境消泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，并加热至80℃，向其中通N2，流量为3L/min，当泡沫高度达到1L刻度时，向其中加入0.1g消泡剂，记录泡沫消失的时间，此为消泡时间，结果见表1；
4、高温环境抑泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，并加热至80℃，然后向其中加入0.1g消泡剂，然后通N2，流量为3L/min，记录下泡沫达到1L刻度时所需要的时间，此为抑泡时间，结果见表1。
5、酸性环境消泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，加入1mol/L的HNO3将溶液PH调制1-3的范围，然后向其中通N2，流量为3L/min，当泡沫高度达到1L刻度时，向其中加入0.1g消泡剂，记录泡沫消失的时间，此为消泡时间，结果见表1；
6、酸性环境抑泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，加入1mol/L的HNO3溶液将溶液PH调制1-3的范围，向其中加入0.1g消泡剂，然后通N2，流量为3L/min，记录下泡沫达到1L刻度时所需要的时间，此为抑泡时间，结果见表1。
7、碱性环境消泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，加入1mol/L的NaOH将溶液PH调制11-14的范围，然后向其中通N2，流量为3L/min，当泡沫高度达到1L刻度时，向其中加入0.1g消泡剂，记录泡沫消失的时间，此为消泡时间，结果见表1；
8、碱性环境抑泡时间测试：1L量筒中加入200mL的0.25％十二烷基苯磺酸钠，加入1mol/L的NaOH将溶液PH调制11-14的范围，向其中加入0.1g消泡剂，然后通N2，流量为3L/min，记录下泡沫达到1L刻度时所需要的时间，此为抑泡时间，结果见表1。
表1
Figure BDA0002640183630000101
Figure BDA0002640183630000111
通过实施例1-3和对比例1-7可以得知，本发明提供了一种生活污水处理用消泡剂及其制备方法，改善了消泡剂的去泡效果和抑泡能力，同时在高温和酸碱环境下也有较好的稳定性，具有优秀的去泡抑泡效果。
最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括二甲基硅油30-60份、二氧化硅10-20份、机油15-25份、液体石蜡10-20份、乳化剂2.5-5.5份、增稠剂1.5-4.5份；所述二氧化硅为气相法二氧化硅；所述气相法二氧化硅为疏水型气相法二氧化硅；所述乳化剂为聚乙二醇单硬脂酸酯和甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯的混合，重量比为(0.8～1.2)：1。
2.根据权利要求1所述的一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于：所述二甲基硅油在25℃的运动粘度为300-400mm2/s。
3.根据权利要求1所述的一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于：所述疏水型气相法二氧化硅的比表面积为120-180m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于：所述机油为混入了灰尘或机件磨损产生的金属粉末的废机油。
5.根据权利要求1所述的一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于：所述液体石蜡为重质液体石蜡。
6.根据权利要求1所述的一种生活污水处理用消泡剂，其特征在于：所述增稠剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素的一种或几种。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的一种生活污水处理用消泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在反应釜中加入二甲基硅油和气相法二氧化硅，边搅拌边加热，加热到150～160℃后保温60～90min得到混合物；
S2、将S1中得到的混合物与机油、液体石蜡、乳化剂、增稠剂加到反应釜中混合，加热至50～60℃后保温1h后，加热与保温过程中搅拌，冷却后用剪切乳化搅拌机搅拌20min，得到消泡剂。
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