家用环保型水垢水锈清洗剂的研究与应用

李 平，田红丽

（银川能源学院石油化工系，宁夏银川 750105）

自来水中钙镁离子的存在导致在使用过程中产生水垢，而水垢又导致了一些列不利的影响。例如，平时家里的毛巾老化、热水器结垢、各种人类的结石病症、诱发心血管病、影响厨房卫生间瓷器的美观等。水垢同样也在严重影响着工业生产，尤其是锅炉和换热器，但是工业中采用的除垢剂大部分是无机强酸，虽然效果好，但是污染大、腐蚀性强，不适合家庭生活中使用。文献也报道了一些有机酸清洗剂，但是仍然摆脱不了强刺激、污染大的特点[1-2]。本实验主试剂均采用食品酸，经过组合制备的清洗剂具有对皮肤无刺激、无污染、使用方便等优点。

1 实验

1.1 主要试剂和仪器

仪器：HH-1数显恒温水浴锅。

试剂：柠檬酸三钠、EDTA、十二烷基苯磺酸钠、草酸、冰醋酸、碳酸钙、硫酸镁，均为分析纯。

1.2 清洗剂的制备

在200 mL的烧杯中加入160 mL去离子水，在恒温水浴锅内恒温在40℃，将称量好的主试剂、活性剂、助剂，pH值调节剂按比例依次加入，缓慢搅拌让其完全溶解，待溶解后在室温下备用。

1.3 清洗性能测试

用碳酸钙和硫酸镁的固体混合物来模拟水垢，称取一定量的水垢加入到清洗液中，搅拌，静止反应。

2 结果与讨论

2.1 主清洗剂的筛选

待选有机酸有：柠檬酸、甲酸、冰醋酸、草酸、羟基乙酸、酒石酸和EDTA。

分别在200 mL烧瓶盛入160 mL去离子水，在40℃恒温下加入5 g待选酸，溶解后，在室温下静止备用。分别加入0.2 g碳酸钙和0.2 g硫酸镁固体混合物，搅拌后静止反应。反应结束后过滤，滤渣在100℃干燥2 h，除去水分，称量，结果（见表1）。

表1 有机酸对水垢的溶解能力比较

可见，柠檬酸、冰醋酸和草酸的对混合固体的溶解能力是最强的，其他均比较弱或者难溶，但是EDTA具有良好的络合能力，能防止二次沉淀，因此最终选择柠檬酸、冰醋酸、草酸和EDTA作为主清洗剂。

从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离，虽然对水垢水锈具有良好的溶解能力，但是高浓度的柠檬酸对皮肤和金属都有腐蚀性，因此本实验选用其钠盐，性质温和对皮肤无刺激性，对金属的腐蚀性很弱。

2.2 组合性能实验

以柠檬酸三钠和草酸为主剂分别添加相同量的醋酸和活性剂，来比较柠檬酸和草酸对水垢的溶解能力[3]。

试样1：恒温40℃，在160 mL去离子水中加入柠檬酸三钠或者草酸5.0 g，冰乙酸2 g，溶解后，在室温下备用。

试样2：恒温40℃，在160 mL去离子水中加入柠檬酸三钠或者草酸5.0 g，活性剂0.1 g，溶解后，在室温下备用。

在试样中分别加入0.4g的碳酸钙和硫酸镁组成的“水垢”，搅拌后静止5min后过滤，干燥，称量，结果（见表1）。

表2 柠檬酸三钠和草酸的清洗能力比较

可见，柠檬酸三钠在酸性条件下对水垢的溶解能力优于草酸的能力。因此，本实验中最佳的主体清洗剂确定为柠檬酸三钠。

以柠檬酸为主体，添加了助剂、活性剂和络合剂，在同样的条件下制备了5种试样，配比见表3（其余为160 mL去离子水）。结果显示试样5的配比能达到最佳的清洗效果。其中柠檬酸三钠是清洗剂主体；冰醋酸是pH调节剂，是柠檬酸的激活剂和缓冲剂；活性剂是表面溶蚀的催化剂；EDTA是良好的络合剂，能防止少量沉淀的二次沉淀[4]。

表3 不同配比柠檬酸三钠溶液对水垢的清洗能力比较

2.3 清洗性能影响因素

清洗剂的清洗性能受到多种因素的影响，在实验和应用中发现主要的影响因素有：（1）主体清洗剂的选择；（2）清洗剂的 pH 值；（3）试剂的纯度；（4）各组分的配比；（5）清洗的时间和温度；（6）水垢的结垢程度等。

3 实际应用效果

本清洗剂能有效地清除热水壶、热水器、浴霸等容器内的水垢，清洗能力（见图1），左侧烧杯中的使用本清洗剂，右侧使用草酸为清洗剂，可以看到左侧烧瓶是澄清的，无沉淀；而右侧的浑浊不清。这说明本清洗剂对水垢具有良好的清洗能力。

本清洗剂除了用来清洗水垢外，还可以用于水锈的清洗，部分地区由于输水管道的老旧，导致自来水中含有大量的水锈，长期使用严重影响厨房、卫生间瓷器的美观（见图2）。实验发现本清洗剂对水锈有良好的去除能力（见图3）。而且，柠檬酸也具有良好的杀菌能力，在80℃左右能杀死芽孢。

4 结论

本实验制备的以柠檬酸三钠、冰醋酸、活性剂和EDTA按照质量比5:2:0.1:0.05制备的清洗剂不仅对水垢有良好的清洗能力，而且对水锈也有很好的清洗能力。该清洗剂以食品酸为主，pH值基本维持在3.5～5.5之间，对皮肤无刺激，对金属的腐蚀性很弱，排放液pH接近6.0，且均是食品级的有机物，对环境的污染很小，是一种新型环保的清洗剂[5]。

［1］秦国治.有机酸清洗剂及其应用［J］.化工设备与防腐蚀，2000，15（6）：19-23.

［2］程文军.羟基乙酸在化学清洗剂中的应用［J］.化学清洗，1998，7（4）：31-32.

［3］马广颜.有机络合除垢技术和油气田生产［J］.化学清洗，1998，10（3）：30-32.

［4］董晓庆.草酸复合清洗剂对红富士苹果贮藏品质的影响［J］.园艺学报，2009，11（4）:14-16.

［5］郭彤梅.中国工业清洗剂市场现状［J］.清洗世界，2006，23（2）:9-11.