核桃壳磨砂粒子的漂白

2021-07-23张德芸金雅真

天津化工 2021年4期

张德芸，金雅真

（1.上海泰敦生物科技有限公司，上海200060;2.上海市高桥中学，上海200137）

“塑料微粒”是一种尺寸很小的塑料粒子，通常作为摩擦剂在牙膏、洗面奶、磨砂膏等日化产品中使用。由于其不溶于水且尺寸很小，因此很容易通过污水处理厂的过滤系统，最终流入海洋，造成环境污染。目前，塑料微粒已逐渐开始全面禁止使用，2019年10月30日，我国国家发改委发布《产业结构调整指导目录（2019年本）》，其中第三类淘汰类中规定：“含塑料微珠的日化用品，到2020年12月31日禁止生产，到2022年12月31日禁止销售”[1]。

核桃壳磨砂粒子是核桃壳经破碎后形成的颗粒，具有丰富的孔隙结构，有很强的吸附性能，是天然的磨料和吸附滤料，环保可降解，可替代PE（聚乙烯）粒子作为个人护理品中的摩擦粒子使用。未经处理的核桃壳磨砂粒子为黄褐色，而一般日化产品料体多呈白色，因此，为了满足更多客户的需求，需要开发白色核桃壳粒子。

未经处理的核桃壳磨砂粒子原料易得，因此本文我们将主要围绕核桃壳粒子的漂白部分进行研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：核桃壳粒子（60目～120目）、次氯酸钙、次氯酸钠溶液（活性氯含量5.5%）、双氧水（35%）、氢氧化钾、稀盐酸、硫酸镁、DTPA-5Na，以上化学用品均来自上海恩飞化学品有限公司。

仪器：JZ120强力电动搅拌机（上海易友仪器有限公司）、数显恒温水浴锅HH.S（邦西仪器科技有限公司）、精密色差仪WF30(深圳市威福光电有限公司)、120目筛网、电热式恒温鼓风干燥箱DHG-9023A、雷磁PHS-2F数字pH计（上海精密科学仪器有限公司）、皎洁牌中速定性滤纸102号、JA12002电子天平。

1.2 漂白度量化测量方法的选择

本实验选择用色差仪测量核桃壳粒子的色彩值LAB来反映样品的白度，色差仪测出的L值本身代表物体的明亮度，0～100表示从黑色到白色，在本实验中可以作为漂白效果测量依据，L值越高，说明核桃壳粒子越白（最白为100），为方便实验研究，我们定义核桃壳粒子漂白效果指数:

1.3 漂白方法的选择

根据漂白介质的不同，漂白方法可以分为含氯漂白和无氯漂白两种，含氯漂白主要是次氯酸盐、二氧化氯漂白；无氯漂白则可分为臭氧漂白、过氧化氢漂白、生物漂白等[2]。

基于安全和原料易得及原料氧化能力稳定性等因素，我们选择次氯酸钙、次氯酸钠、双氧水三种原料作为本项目首选漂白剂。

分别用以上三种漂白剂对产品进行漂白，漂白配比见表1。

表1 漂白对比实验配方

以上几个实验按上述配比称量好后，搅拌均匀，密封，于50℃恒温箱中放置9d，取出过滤，对残渣进行水洗（需进行酸洗）至中性，烘干，然后120目筛网过筛即得最终样品。取2g样品，用色差仪测Lab值。

三组实验测得漂白后核桃壳粒子Lab值见表2。

表2 漂白对比实验结果

根据图1可以看出：双氧水漂白效果要优于次氯酸钙和次氯酸钠溶液。

图1 漂白对比实验结果

此外，含氯漂白在氯化过程中会释放氯气，具有刺激性气味，产生的CHCL3具有致癌作用，除此之外还有很多有机氯化物产生，都是木素降解产生的氯化物，其中以各种氯代酚为最多。主要的有毒物质是二恶英和呋喃，造成环境污染。

因此不管从漂白效果上还是环境保护因素上来说，双氧水都是首选的核桃壳粒子漂白方法。

1.4 漂白剂用量的选择

使用双氧水作为漂白剂，配方见表3（以双氧水用量15%为例）。

表3 漂白配方

调整双氧水用量分别为10%、15%、20%，搅拌均匀后，密封，在80℃水浴锅中放置5h，取出酸洗至中性，烘干，120目筛网过筛。取2g样品，用色差仪测Lab值。

三组实验测得漂白后核桃壳粒子Lab值如下（见表4）。

表4 双氧水用量对漂白结果的影响

根据图2可以看出：双氧水用量越大，漂白效果越好。

图2 双氧水用量对漂白结果的影响

漂白后的滤液中有部分双氧水未利用，实际生产过程中可以进行重复利用，把滤液用来对核桃壳粒子进行头道工序漂白，得到的粗料再用新的双氧水漂白，即使增加双氧水用量也不会造成较大浪费，综合来看，将双氧水用量提升到较高水平，以提升漂白效果。

1.5 漂白pH的选择

使用双氧水作为漂白剂，配方见表5。

表5 漂白配方

调整KOH用量至pH分别为11、12、13（由于双氧水在碱性条件下不稳定，过氧化氢挥发，因此所测pH为加入双氧水前的pH值），搅拌均匀，密封，在50℃恒温箱中放置5h，取出酸洗至中性，烘干，120目筛网过筛。取2g样品，用色差仪测Lab值。

三组实验测得漂白后核桃壳粒子Lab值见表6。

表6 漂白pH对漂白结果的影响

根据图3可以看出：pH越高，双氧水漂白效果越好，应选择高pH下进行双氧水漂白。但需注意高pH条件下，过氧化氢挥发速度也会更高，且料体pH高，生产过程中带来的风险也越大，环境污染也更高。

图3 漂白pH对漂白结果的影响

1.6 漂白温度的选择

使用双氧水作为漂白剂，配方见表7。

表7 漂白配方

pH调整至11，搅拌均匀后，分别在室温（25℃）、50℃、80℃条件下放置5h，取出酸洗至中性，烘干，120目筛网过筛。取2g样品，用色差仪测Lab值。

根据表8和图4可以看出：温度越高，漂白效果越好，因此应尽量选择高温下进行漂白。但需注意，由于双氧水本身可挥发，高温下反应剧烈，在密闭容器会造成压力显著上升，敞口容器内则会造成原料大量挥发，漂白效率降低，实际生产过程中需考虑到安全风险情况，在允许范围选择尽量高的温度下进行反应。

表8 漂白温度对漂白结果的影响

图4 漂白温度对漂白结果的影响

1.7 漂白时间的选择

使用双氧水作为漂白剂，配方见表9。

表9 漂白配方

实验分两份，第一份将pH调整至11，第二份加3份KOH(pH＞13)，分别搅拌均匀后，在50℃条件下放置不同时间后，取出酸洗至中性，烘干，120目筛网过筛。取2g样品，用色差仪测Lab值。

表11 漂白时间对漂白结果的影响

根据表10、11和图5可以看出：随着漂白时间的增加，总体来说漂白效果越来越好，且pH越高漂白效果越好，但随着时间的延长，漂白效果逐渐接近饱和，后续漂白时间延长对漂白效果增加不大，而当核桃壳粒子浸泡时间过长（26d）时，核桃壳粒子开始出现返黄现象。在实际生产过程中，如果本身料液一直处于长时间的搅拌过程中，本身已经能够达到比较好的漂白效果，不必过于延长漂白时间，否则生产成本也会大大增加。