地沟油制备重垢型阴离子表面活性剂

成 蕾，容静儿，郑洁心，杜宇丽

（珠海科技学院 化工与新能源材料学院，广东 珠海 519000）

国内城市餐饮业每年排放的地沟油高达500万t[1]，主要源于餐厨垃圾处理。地沟油的主要成分是甘油三酯和黄曲霉素。黄曲霉素的毒性极强，所以地沟油对人体的危害极大，长期使用可能会引发癌症[2]。地沟油酸度超标、金属含量超标，长期排放进入河涌以及下水管，对环境也会造成极大的危害。对地沟油进行处理，将其转化为其他有用物质以减少环境污染十分重要[3-4]。地沟油化学成分中的高级脂肪酸甘油酯经过一系列反应可制得阴离子表面活性剂，具有良好的表面活性。其中，重垢型阴离子表面活性剂可以用来制造洗涤剂[5-6]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

试剂：地沟油、蒸馏水、饱和氯化钠、活性白土、凹凸棒土、活性炭、浓硫酸、氢氧化钠、环己烷。

仪器：普通漏斗、分液漏斗、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、表面皿、恒温磁力搅拌器、布氏漏斗、抽滤瓶、铁架台、滤纸、量筒、三口烧瓶、牛角管、直型冷凝管、锥形瓶、温度计、pH试纸、布片、加热炉、干燥箱、傅里叶变换红外光谱仪、电导率仪。

1.2 制备方法

1.2.1 预处理

（1）用漏斗过滤地沟油中的不溶性杂质，然后用抽滤装置进行抽滤。

（2）称取50 mL地沟油加入三口烧瓶中，再加入蒸馏水40 mL，开启恒温磁力搅拌器，加热至60 ℃，匀速搅拌1 h，溶化地沟油并混合均匀。

（3）向上述三口烧瓶中加入40 mL饱和氯化钠，将温度维持在60 ℃并不断搅拌30 min，混合均匀，然后静置至水油分离。

（4）通过分液漏斗分离出油层。

（5）将油层加热至60 ℃，加入脱色剂，分3次将10%油层的脱色剂加入油脂中，匀速搅拌，脱色时间为30 min，每10 min进行一次升温，每次升温20 ℃，脱色结束时温度达到120 ℃。

（6）趁热过滤出滤液。

1.2.2 制备

（1）用量筒量取16 mL环己烷和8 mL上一步骤中已经过滤好的油层，将其加入50 mL三口烧瓶中，在室温下不断搅拌并缓慢滴加1 mL浓硫酸，浓硫酸滴加完成后，开启恒温磁力搅拌器，加热到100 ℃，匀速搅拌，持续5 h，维持100 ℃进行加热。

（2）待反应完全，蒸馏除去溶剂环己烷。

（3）取出三口烧瓶，将溶液倒进烧杯，加入10 mL蒸馏水，冷却至室温，再滴入5%氢氧化钠溶液至中性，静置一段时间后，倒出上层水相，便得到了粗产物。

1.2.3 提纯

向粗产物中加入粗产物体积15倍的蒸馏水搅拌稀释，加热至接近沸腾，每15 min使用胶头滴管吸走溶液上表面的油相，适当补充蒸馏水维持溶液体积，防止被蒸干。一直重复操作至溶液上表面不再出现油相。将浓溶液倒入表面皿，在75 ℃条件下的干燥箱内蒸发烘干，得到最终产物。

1.3 产物的表征

采用溴化钾压片法，使用傅里叶红外光谱仪对制得的重垢型阴离子表面活性剂产物的结构进行表征。

1.4 产物的性能检测

发泡能力检测：分别量取制备好的1 mL重垢型阴离子表面活性剂和5 mL自来水于小烧杯中，在25 ℃室温下，快速手动搅拌30 s，观察是否起泡。

去污能力检测：准备好沾有油污的布片，将2 mL制备好的产物倒向布片，加水，手动搓洗，观察油污是否能被洗涤干净。

1.5 产物的临界胶束浓度

采用电导率法对产物的临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）进行测定，对表面活性剂是一种灵敏的测量方法。当表面活性剂浓度超过某一临界值时，因疏水的相互作用，烷烃链自发聚集形成了胶束，这一特征浓度就是CMC[7]。电导率的突变点就是离子型表面活性剂的CMC。

2 结果与分析

2.1 产物外观描述

通过上述步骤制得深棕色胶状产物。

2.2 产物红外表征

产物的红外光谱如图1所示。

图1 产物的红外光谱

由图1可知，在波数为3 128 cm-1处有一个宽且强的吸收峰出现，说明有H2O存在的可能。在波数为2 922 cm-1和2 855 cm-1处都有特征峰的存在，分别是由亚甲基反对称伸缩振动与对称伸缩振动产生的。在波数为1 567 cm-1和1 445 cm-1处分别存在吸收峰，这是由（—COO—）的不对称伸缩振动和对称伸缩振动产生的，推断产物中有（—COO—）的存在。在波数为1 372 cm-1处有特征吸收峰的存在，这是由甲基的对称弯曲振动产生的，由此推断产物中有直链型碳链。在波数为939 cm-1处存在一个特征峰，推断这是由羧酸二聚体的变形振动产生的。在波数为719 cm-1处出现反式双键吸收峰，推断产物中有双键。

综上所述，确定制得的产物是脂肪酸钠盐且存在部分双键基团。

2.3 产物的性能检测

观察发泡性能检测实验与去污性能检测实验结果发现，产物具有发泡能力与去污能力。

2.4 实验条件调节优化

2.4.1 脱色对比实验

对地沟油的预处理需要进行脱色，所以脱色剂的选择也至关重要。分别将活性白土、凹凸棒土与活性炭复配进行脱色实验，对比其脱色效果，选择合适的脱色剂，获得更优产物。

在地沟油的预处理中，水油分离获取油层后开始脱色，升温到60 ℃，开启搅拌器保持匀速搅拌。分3次加入地沟油量10%的活性白土和活性炭，活性白土与活性炭的比例为19∶1，每次都加入脱色剂，控制其升温幅度在20 ℃，脱色时长共30 min，所以要控制好每10 min升温20 ℃，最后温度是120 ℃，活性白土脱色实验结束。凹凸棒土与活性炭复配脱色的对比实验，将上述活性白土换成凹凸棒土即可，其余步骤与活性白土脱色实验相同。实验结果表明，活性白土与活性炭复配对地沟油的脱色效果比凹凸棒土与活性炭复配更显著。

2.4.2 脱胶对比实验

对地沟油进行预处理需要进行水油分离，前期实验中，因为制得的油分中含胶率过高，会对后面滴加氢氧化钠并搅拌这一过程造成困难，所以对脱胶的研究对阴离子表面活性剂的制备有一定意义。

在预处理中，向装有搅拌了1 h与水融化混合好的地沟油的搅拌器中加入40 mL饱和氯化钠和0.3 g柠檬酸搅拌，保持温度在60 ℃，加热30 min，然后静置，取油样，进行后续步骤。加入柠檬酸脱胶后的油分在后面滴加氢氧化钠的搅拌中，比没有加入柠檬酸的更柔软，不会太黏稠，更容易搅拌，可见含胶量有所降低。

2.5 产物的CMC测定结果分析

采用电导率仪测定重垢型阴离子表面活性剂产物在室温为25 ℃时的CMC，结果如图2所示。

图2 产物的电导率

由图2可知，当质量浓度小于1.18×10-3g/L时，产物的电导率随着质量浓度的增加而急剧升高，当质量浓度大于1.18×10-3g/L时，电导率随着质量浓度的增加而缓慢升高。原因是当溶液的质量浓度超过一定值时，游离子迅速聚集形成了胶束，进而转化成溶液中游离子的状态，使电导率缓慢地增加。从图2中可以看出，所得产物的CMC为1.18×10-3g/L，相应的电导率是5.87 S/m。

3 结语

以地沟油为原料制备重垢型阴离子表面活性剂，设计了一个工艺更加简单方便的路线，成本低，用时短，损耗少，无磷、无苯，对环境的污染小，并优化了实验条件。使用傅里叶变换红外光谱仪对产物的特征基团结构进行表征，确定了产物是脂肪酸钠阴离子表面活性剂。由对产物的性能检测可知，产物具有发泡能力和去污能力，产物的CMC为1.18×10-3g/L，相应的电导率是5.87 S/m。