盧羲亞,于 媛,韓英男,龍小柱
(沈陽化工大學 化學工程學院, 遼寧 沈陽 110142)
銀是一種白色貴金屬,具有良好的導電性、反光性和耐腐蝕性.銀及其合金有良好的化學惰性和金屬光澤,在歷史上主要作為貨幣和藝術品.隨著科學技術的發(fā)展和生活水平的提高,銀憑借其獨特的優(yōu)良性質,在餐具和飾物等行業(yè)被廣泛使用[1-2].時下銀質工藝用品在市場上已占有一席之地,銀筷子、銀勺子、銀碗也逐漸被百姓所接納.所有貴金屬中,銀的化學性質最為活潑[3],其在大氣中易被氧化而變色,使產品的光學性能降低,從而影響其使用性和裝飾性,降低了使用價值[4-5].因此,如何清潔和保護銀制品,引起了人們的關注.
本研究工作是制備一種高效的洗滌劑,將銀放入該物質中幾秒后可清除銀表面被腐蝕變色的部分,并增強其抗氧化能力,使銀制品恢復原有金屬光澤.
試劑:硝酸、有機酸、氨-氯化銨緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、醋酸-醋酸鈉緩沖液、AOS(α-烯基磺酸鈉)、 AEO-3(脂肪醇聚氧乙烯醚)、APG(烷基糖苷).
儀器:BS/BT電子天平,大連中匯達科學儀器有限公司;101-1干燥箱,金菱科教實驗設備有限公司;pH測定儀,武漢中核儀表有限公司.
材料準備:表面被氧化的銀勺子若干,長19.5 cm、寬度為12 cm的銀盤子若干.
銀制品暴露在潮濕的空氣中,會與空氣中的物質發(fā)生反應,生成銀的氧化物附著在銀制品表面,使其光澤變暗.實驗研制一種銀器洗滌劑,用制備的銀器洗滌劑與深色的氧化層發(fā)生反應,有效清洗銀制品,使銀制品恢復原有光澤.
1.2.1 緩沖溶液的篩選與配制
緩沖溶液是由弱酸及其鹽、弱堿及其鹽組成的混合溶液,能在一定程度上抵消、減輕外加強酸或強堿對溶液酸堿度的影響,保持溶液的pH相對穩(wěn)定.選擇的原則是不能與所應用的試劑發(fā)生化學反應且對分析過程無干擾.實驗研究的產品考慮無毒、無污染的條件,篩選了氨-氯化銨緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、醋酸-醋酸鈉緩沖液.以下是3種緩沖溶液的制備方法.
氨-氯化銨緩沖溶液的配制:稱取0.365 g氯化氫和量取2 mL濃度為12 mol/L的氨水溶液于燒杯中,加少量水溶解,移到100 mL的容量瓶中,定容到100 mL.
碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液的配制:稱取0.840 g碳酸氫鈉于燒杯中,加入少量水溶液,移到100 mL容量瓶中,定容到100 mL.
醋酸-醋酸鈉緩沖溶液的配制:稱取1.200 g醋酸鈉和0.400 g氫氧化鈉于燒杯中,加少量去離子水溶解,將溶液移到100 mL容量瓶中,去離子水定容到100 mL.
3種緩沖溶液濃度均為0.1 mol/L.
1.2.2 銀器洗滌劑制備
將有機酸、硝酸、表面活性劑及配制好的緩沖溶液按比例量取后倒入100 mL燒杯中,混合均勻,再轉入潔凈的250 mL容量瓶中,配制250 mL的洗滌劑溶液(余量用蒸餾水),即得到產品.
通過單因素試驗進一步研究各種因素對洗滌效果的影響,從而選擇出最佳用量.
有機酸體積分數(shù)直接影響洗滌效果及產品經濟效益.在保證洗滌效果好、耗時短的前提下,以有機酸體積分數(shù)低為宜.在室溫條件下,考察有機酸體積分數(shù)(5 %、10 %、15 %、20 %、25 %)對洗滌效果的影響,實驗結果如表1所示.
表1 有機酸體積分數(shù)對洗滌效果的影響Table 1 Effect of organic acid volume fraction on the tine of experiment
從表1可以看出,有機酸體積分數(shù)為20 %時可以達到預期效果.實驗本著節(jié)約成本的前提,采用有機酸體積分數(shù)為20 %.
硝酸易使銀被氧化,但加入一定量的硝酸更有利于對銀制品的洗滌,提高洗滌劑的洗滌效率.在室溫條件下,采用體積分數(shù)為20 %的有機酸,考察硝酸體積分數(shù)(1.0 %、2.0 %、3.0 %、4.0 %、5.0 %)對洗滌效果的影響,實驗結果如表2所示.從表2可看出,當硝酸體積分數(shù)為3.0 %時可以達到預期效果.實驗以節(jié)約成本為前提,采用體積分數(shù)為3.0 %的硝酸最為適宜.
表2 硝酸體積分數(shù)對洗滌效果的影響Table 2 Influence of nitric acid volume fraction on washing effect
2.3.1 緩沖溶液的篩選
為了達到良好的效果,選擇了3種緩沖溶液進行試驗,研究他們對洗滌效果的影響.3種緩沖溶劑分別是氨-氯化銨緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、醋酸-醋酸鈉緩沖液.在室溫條件下,采用的3種緩沖溶液的體積分數(shù)均為1.5 %,有機酸體積分數(shù)為20 %,硝酸體積分數(shù)為3.0 %,考察洗滌效果,實驗數(shù)據(jù)如表3所示.從表3可以看出,緩沖溶液醋酸-醋酸鈉的效果最好.以下實驗采用醋酸-醋酸鈉緩沖液.
表3 緩沖溶液的篩選與確定Table 3 Screening and determination of buffer solution
2.3.2 緩沖溶液體積分數(shù)對洗滌效果的影響
在實驗2.3.1的基礎上,考查醋酸-醋酸鈉緩沖溶液的體積分數(shù)(1.1 %、1.3 %、1.5 %、1.7 %)對洗滌效果的影響,結果如表4所示.
表4 緩沖溶液體積分數(shù)的確定Table 4 Determination of buffer solution volume fraction
從表4可以看出,醋酸-醋酸鈉緩沖溶液的體積分數(shù)為1.3 %時可以達到預期效果.實驗以節(jié)約成本為前提,采用體積分數(shù)為1.3 %的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液最為適宜.
2.4.1 表面活性劑的篩選
表面活性劑能夠改變物質表面張力,具有潤濕、增溶、發(fā)泡、洗滌等作用.根據(jù)洗滌需要加入環(huán)保性表面活性劑更有利于洗滌.通過查閱資料,并對表面活性劑溶解性、潤濕力、去污力、生物降解性以及成本等方面的考察與分析,篩選了AOS、AEO-3、APG三種表面活性劑及它們的復合表面活性劑進行洗滌效果的對比分析.在室溫條件下,采用有機酸體積分數(shù)為20 %、硝酸體積分數(shù)為3.0 %、醋酸-醋酸鈉緩沖溶液體積分數(shù)為1.3 %,考察不同表面活性劑(每組體積分數(shù)均為2.0 %)的洗滌效果,實驗結果如表5所示.
表5 表面活性劑的篩選與確定Table 5 Screening and determination of surfactants
從表5可以看出,表面活性劑AEO-3和APG體積比為2∶1時,發(fā)泡性適中且洗滌效果最好.實驗采用AEO-3與APG體積比為2∶1的復合表面活性劑最為適宜.
2.4.2 表面活性劑體積分數(shù)對洗滌效果的影響
在實驗2.4.1的基礎上,考察AEO-3、APG復合表面活性劑體積分數(shù)(1.0 %、3.0 %、5.0 %)對洗滌效果的影響,實驗結果如表6所示.
表6 表面活性劑體積分數(shù)的確定Table 6 Determination of surfactant volume fraction
從表6可以看出,AEO-3、APG復合表面活性劑體積分數(shù)為1.0 %和5.0 %時洗滌效果較差,體積分數(shù)為3.0 %時洗滌效果最好.實驗采用AEO-3、APG復合表面活性劑的體積分數(shù)為3.0 %最為適宜.
適當?shù)南礈鞎r間,不僅能保證洗滌效果,同時也能提高洗滌效率.洗滌時間太短時,銀制品不能充分洗滌,時間太長還會導致銀制品表面拋光部分被腐蝕,從銀制品外觀也能夠直接反映出洗滌時間長短對銀制品的影響.在室溫條件下,采用有機酸體積分數(shù)為20 %、硝酸體積分數(shù)為3.0 %、醋酸-醋酸鈉緩沖溶液體積分數(shù)為1.3 %、AEO-3與APG復合表面活性劑體積分數(shù)為3.0 % 時,考察洗滌時間(6 s、8 s、10 s、12 s、14 s)對洗滌效果的影響,實驗結果如表7所示.
表7 洗滌時間對洗滌效果的影響Table 7 Influence of washing time on washing effect
從表7可以看出:6~8 s時洗滌時間短,銀制品洗滌不徹底,洗滌效果不好;洗滌時間為10~14 s時,銀制品洗滌徹底,洗滌效果最佳.由于考慮洗滌效率,實驗采用10 s為洗滌時間.
(1) 洗滌劑的適宜配比為:有機酸體積分數(shù)為20 %,硝酸體積分數(shù)為3.0 %,醋酸-醋酸鈉緩沖溶液體積分數(shù)為1.3 %,AEO-3、APG復合表面活性劑體積分數(shù)3.0 %.
(2) 最佳洗滌時間為10 s.
(3) 研制的銀制品洗滌劑,能高效環(huán)保地清潔銀制品表面氧化物,且原料和工藝簡單,使用方便、效果良好.