成 蕾，容靜兒，鄭潔心，杜宇麗

（珠?？萍紝W(xué)院 化工與新能源材料學(xué)院，廣東 珠海 519000）

國內(nèi)城市餐飲業(yè)每年排放的地溝油高達(dá)500萬t[1]，主要源于餐廚垃圾處理。地溝油的主要成分是甘油三酯和黃曲霉素。黃曲霉素的毒性極強(qiáng)，所以地溝油對人體的危害極大，長期使用可能會(huì)引發(fā)癌癥[2]。地溝油酸度超標(biāo)、金屬含量超標(biāo)，長期排放進(jìn)入河涌以及下水管，對環(huán)境也會(huì)造成極大的危害。對地溝油進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為其他有用物質(zhì)以減少環(huán)境污染十分重要[3-4]。地溝油化學(xué)成分中的高級脂肪酸甘油酯經(jīng)過一系列反應(yīng)可制得陰離子表面活性劑，具有良好的表面活性。其中，重垢型陰離子表面活性劑可以用來制造洗滌劑[5-6]。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

試劑：地溝油、蒸餾水、飽和氯化鈉、活性白土、凹凸棒土、活性炭、濃硫酸、氫氧化鈉、環(huán)己烷。

儀器：普通漏斗、分液漏斗、燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、表面皿、恒溫磁力攪拌器、布氏漏斗、抽濾瓶、鐵架臺(tái)、濾紙、量筒、三口燒瓶、牛角管、直型冷凝管、錐形瓶、溫度計(jì)、pH試紙、布片、加熱爐、干燥箱、傅里葉變換紅外光譜儀、電導(dǎo)率儀。

1.2 制備方法

1.2.1 預(yù)處理

（1）用漏斗過濾地溝油中的不溶性雜質(zhì)，然后用抽濾裝置進(jìn)行抽濾。

（2）稱取50 mL地溝油加入三口燒瓶中，再加入蒸餾水40 mL，開啟恒溫磁力攪拌器，加熱至60 ℃，勻速攪拌1 h，溶化地溝油并混合均勻。

（3）向上述三口燒瓶中加入40 mL飽和氯化鈉，將溫度維持在60 ℃并不斷攪拌30 min，混合均勻，然后靜置至水油分離。

（4）通過分液漏斗分離出油層。

（5）將油層加熱至60 ℃，加入脫色劑，分3次將10%油層的脫色劑加入油脂中，勻速攪拌，脫色時(shí)間為30 min，每10 min進(jìn)行一次升溫，每次升溫20 ℃，脫色結(jié)束時(shí)溫度達(dá)到120 ℃。

（6）趁熱過濾出濾液。

1.2.2 制備

（1）用量筒量取16 mL環(huán)己烷和8 mL上一步驟中已經(jīng)過濾好的油層，將其加入50 mL三口燒瓶中，在室溫下不斷攪拌并緩慢滴加1 mL濃硫酸，濃硫酸滴加完成后，開啟恒溫磁力攪拌器，加熱到100 ℃，勻速攪拌，持續(xù)5 h，維持100 ℃進(jìn)行加熱。

（2）待反應(yīng)完全，蒸餾除去溶劑環(huán)己烷。

（3）取出三口燒瓶，將溶液倒進(jìn)燒杯，加入10 mL蒸餾水，冷卻至室溫，再滴入5%氫氧化鈉溶液至中性，靜置一段時(shí)間后，倒出上層水相，便得到了粗產(chǎn)物。

1.2.3 提純

向粗產(chǎn)物中加入粗產(chǎn)物體積15倍的蒸餾水?dāng)嚢柘♂?，加熱至接近沸騰，每15 min使用膠頭滴管吸走溶液上表面的油相，適當(dāng)補(bǔ)充蒸餾水維持溶液體積，防止被蒸干。一直重復(fù)操作至溶液上表面不再出現(xiàn)油相。將濃溶液倒入表面皿，在75 ℃條件下的干燥箱內(nèi)蒸發(fā)烘干，得到最終產(chǎn)物。

1.3 產(chǎn)物的表征

采用溴化鉀壓片法，使用傅里葉紅外光譜儀對制得的重垢型陰離子表面活性劑產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

1.4 產(chǎn)物的性能檢測

發(fā)泡能力檢測：分別量取制備好的1 mL重垢型陰離子表面活性劑和5 mL自來水于小燒杯中，在25 ℃室溫下，快速手動(dòng)攪拌30 s，觀察是否起泡。

去污能力檢測：準(zhǔn)備好沾有油污的布片，將2 mL制備好的產(chǎn)物倒向布片，加水，手動(dòng)搓洗，觀察油污是否能被洗滌干凈。

1.5 產(chǎn)物的臨界膠束濃度

采用電導(dǎo)率法對產(chǎn)物的臨界膠束濃度（Critical Micelle Concentration，CMC）進(jìn)行測定，對表面活性劑是一種靈敏的測量方法。當(dāng)表面活性劑濃度超過某一臨界值時(shí)，因疏水的相互作用，烷烴鏈自發(fā)聚集形成了膠束，這一特征濃度就是CMC[7]。電導(dǎo)率的突變點(diǎn)就是離子型表面活性劑的CMC。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)物外觀描述

通過上述步驟制得深棕色膠狀產(chǎn)物。

2.2 產(chǎn)物紅外表征

產(chǎn)物的紅外光譜如圖1所示。

圖1 產(chǎn)物的紅外光譜

由圖1可知，在波數(shù)為3 128 cm-1處有一個(gè)寬且強(qiáng)的吸收峰出現(xiàn)，說明有H2O存在的可能。在波數(shù)為2 922 cm-1和2 855 cm-1處都有特征峰的存在，分別是由亞甲基反對稱伸縮振動(dòng)與對稱伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。在波數(shù)為1 567 cm-1和1 445 cm-1處分別存在吸收峰，這是由（—COO—）的不對稱伸縮振動(dòng)和對稱伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的，推斷產(chǎn)物中有（—COO—）的存在。在波數(shù)為1 372 cm-1處有特征吸收峰的存在，這是由甲基的對稱彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的，由此推斷產(chǎn)物中有直鏈型碳鏈。在波數(shù)為939 cm-1處存在一個(gè)特征峰，推斷這是由羧酸二聚體的變形振動(dòng)產(chǎn)生的。在波數(shù)為719 cm-1處出現(xiàn)反式雙鍵吸收峰，推斷產(chǎn)物中有雙鍵。

綜上所述，確定制得的產(chǎn)物是脂肪酸鈉鹽且存在部分雙鍵基團(tuán)。

2.3 產(chǎn)物的性能檢測

觀察發(fā)泡性能檢測實(shí)驗(yàn)與去污性能檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物具有發(fā)泡能力與去污能力。

2.4 實(shí)驗(yàn)條件調(diào)節(jié)優(yōu)化

2.4.1 脫色對比實(shí)驗(yàn)

對地溝油的預(yù)處理需要進(jìn)行脫色，所以脫色劑的選擇也至關(guān)重要。分別將活性白土、凹凸棒土與活性炭復(fù)配進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，對比其脫色效果，選擇合適的脫色劑，獲得更優(yōu)產(chǎn)物。

在地溝油的預(yù)處理中，水油分離獲取油層后開始脫色，升溫到60 ℃，開啟攪拌器保持勻速攪拌。分3次加入地溝油量10%的活性白土和活性炭，活性白土與活性炭的比例為19∶1，每次都加入脫色劑，控制其升溫幅度在20 ℃，脫色時(shí)長共30 min，所以要控制好每10 min升溫20 ℃，最后溫度是120 ℃，活性白土脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)束。凹凸棒土與活性炭復(fù)配脫色的對比實(shí)驗(yàn)，將上述活性白土換成凹凸棒土即可，其余步驟與活性白土脫色實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性白土與活性炭復(fù)配對地溝油的脫色效果比凹凸棒土與活性炭復(fù)配更顯著。

2.4.2 脫膠對比實(shí)驗(yàn)

對地溝油進(jìn)行預(yù)處理需要進(jìn)行水油分離，前期實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)橹频玫挠头种泻z率過高，會(huì)對后面滴加氫氧化鈉并攪拌這一過程造成困難，所以對脫膠的研究對陰離子表面活性劑的制備有一定意義。

在預(yù)處理中，向裝有攪拌了1 h與水融化混合好的地溝油的攪拌器中加入40 mL飽和氯化鈉和0.3 g檸檬酸攪拌，保持溫度在60 ℃，加熱30 min，然后靜置，取油樣，進(jìn)行后續(xù)步驟。加入檸檬酸脫膠后的油分在后面滴加氫氧化鈉的攪拌中，比沒有加入檸檬酸的更柔軟，不會(huì)太黏稠，更容易攪拌，可見含膠量有所降低。

2.5 產(chǎn)物的CMC測定結(jié)果分析

采用電導(dǎo)率儀測定重垢型陰離子表面活性劑產(chǎn)物在室溫為25 ℃時(shí)的CMC，結(jié)果如圖2所示。

圖2 產(chǎn)物的電導(dǎo)率

由圖2可知，當(dāng)質(zhì)量濃度小于1.18×10-3g/L時(shí)，產(chǎn)物的電導(dǎo)率隨著質(zhì)量濃度的增加而急劇升高，當(dāng)質(zhì)量濃度大于1.18×10-3g/L時(shí)，電導(dǎo)率隨著質(zhì)量濃度的增加而緩慢升高。原因是當(dāng)溶液的質(zhì)量濃度超過一定值時(shí)，游離子迅速聚集形成了膠束，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成溶液中游離子的狀態(tài)，使電導(dǎo)率緩慢地增加。從圖2中可以看出，所得產(chǎn)物的CMC為1.18×10-3g/L，相應(yīng)的電導(dǎo)率是5.87 S/m。

3 結(jié)語

以地溝油為原料制備重垢型陰離子表面活性劑，設(shè)計(jì)了一個(gè)工藝更加簡單方便的路線，成本低，用時(shí)短，損耗少，無磷、無苯，對環(huán)境的污染小，并優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件。使用傅里葉變換紅外光譜儀對產(chǎn)物的特征基團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，確定了產(chǎn)物是脂肪酸鈉陰離子表面活性劑。由對產(chǎn)物的性能檢測可知，產(chǎn)物具有發(fā)泡能力和去污能力，產(chǎn)物的CMC為1.18×10-3g/L，相應(yīng)的電導(dǎo)率是5.87 S/m。