浅谈三聚磷酸钠

@ 一 ， 1996年第 3期 日 用 化 学 工 业 浅 淡 三 聚 磷 酸 钠 房秀敏 (淮南矿业学院化I系，淮南，232001) 专论与综述 竹 n 摘要 本文论述了三聚磷酸钠是迄今为止最好的扰涤助荆。水质下降 富营养化的主要根源不是三聚磷酸钠，简 单禁止使用三聚磷酸钠并不能从根本上阻止富营养污染，美国B对三聚磷酸钠作出重新评价。我国应大力加强环保 防治，积极推广污水三级处理I采用多面活性荆与多助剂复配体系，把提高扰涤剂质量放在首位。 关键词 三聚磷酸钠 富营养化 洗涤荆 环保 日了I聋I1 Abstract‘The effects of sodium trlpolyphosphate(STPP)on t如 d e g；nts and environment discussed．The water eutrofication can’t be attributed to STPP．As the best detergent bu~der，STPP still can’t be replaced Keywords,Sodium ~polyphosphate(STPP)，eutrofication-detergent-environment protection 0 引盲 6O年代确定了最佳成本、效能、原料组成的洗涤 荆配方，其主要表面活性剂是直链烷基苯磺酸钠，主 萎助剂是三聚磷酸钠。三聚磷酸钠因无毒、廉价、整合 Ca 、M 能力强、具有乳化、分散、增溶及与 LAS 显著的协同效应等性能 ，成为当时公认的最好助剂。 但 7O年代，在一些发达国家人口密集地区的流水不 畅水域出现了富营养化 问题，即藻类过长，导致水底 细菌过量繁殖，含氧量下降，水质变坏，鱼类死亡等现 象。经测定此类水域含磷量高，随后美、欧等国开始洗 涤剂中三聚磷酸钠代用品的研究，先后研究了无机助 剂沸石、硅酸钠、碳酸钠 }有机助剂氯川三醋酸钠 、柠 檬酸钠、碱性亚胺磺酸盐 I高分子助剂聚羧酸、聚丙烯 酸钠、马来酸酐一异丁烯共聚物等。其中认为最有发 展前途的是 4A沸石 但据欧共体 1993年的一项研 究0 表明，迄今为止，尚没有一种助剂能从综合性能 及价格上完全取代三聚磷酸钠，三聚磷酸钠仍是最好 的助剂 。 目前对三聚磷酸钠代用品问题存在两种观点：一 种认为三聚磷酸钠是富营养化的主要原因，应积极禁 磷，大力推广无磷洗涤剂 ，这种呼声 目前国内高于国 外}另一种观点认为复磷是可能的，简单 禁磷是不能 从根本上改善水质 ，消除富营养化 ，此种倾 向国外强 于国内。对此作者有如下看法。 1 三聚磷酸钠不是童营养化之根源 富营养化本是一个自然变化过程，湖泊和水域在 自然界形成的初期 ，常常是水清如镜 ，透明度很大 ，这 第一作者简舟 唐秀被 ，女，1965年 l1月生，工学硬士 ，讲师 是 因为在积水成湖的时候 ，水中营养成分缺乏 ，浮游 生物极少，随着湖水和其他水流的物质交换，岩石的 风化，水土的流失，风雨的输送等 自然过程，使水体中 的营养物质逐渐积累，导致水体从贫营养向富营养转 变，不过这一自然过程通常要经过几千年才能完成 但是，由于人类活动的影响，可能在短期内会使生物 所需的氮磷等营养物质大量进入河流、湖泊，从而引 起藻类和浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧减少， 透明度下降，水质恶化，甚至导致鱼类和其他生物大 量死亡，这种现象叫富营养化或过肥化 。 根据 Liebig最小值定律 ，植物的生长决 定了外界 供给它 们所需养分中最少的一种 ，从藻类原生质 C 。 H ：01 。N P就可看出在 自然 环境 中，每生产 1Kg这 种藻类需要碳 358g，氢 74g，氧 496g，氯 63g，磷 9g，可 是磷是最小限制 因素，其次是氯 磷最容易超量，引起 藻类急剧繁殖，磷含量高是导致水体富营养化的主要 原因之一。 水体中磷的主要来源有磷酸盐矿物、鸟粪、动物 化石等天然沉积物和人类代谢物、动植物腐烂物、磷 肥、有机磷农药、洗衣粉、含磷工业污水等。显然，70 年代把富营化污染之原因全部归于洗衣粉中三聚磷 酸钠是不公平的，因为即使在当时污染较严重 的水 域，洗衣粉中磷也只占其总磷量的 20 ～30 。接 Dillon口 推导的表示磷浓度的稳态模式 ： [P]= 式中 为沉积速率(a ) t-为水力滞留时间 ·33 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 专论与综连 房秀敏等．漶姨三聚碑酿钠 L为湖泊磷负荷(g／m a) D为湖泊平均深度 (m) 水域中磷浓度的积累取决于多种因素，当磷流入 量一定时，水力滞留时间及沉积速率是关键因素，19 世纪上半叶以前，人类活动对环境的影响并不大，产 业革命以后，特别是 20世纪 50年代以来，社会生产 力和科学技术迅猛发展 ，世界人 口激增，人类征服和 改造自然的能力和规模大大增强，由人类活动排放的 废 毒物数量越来越大，并超过了环境的 白净力，特别 是二次大战后石油化工的迅猛发展带来了化学工业 突飞猛进，工业排污量迅增，而相应的环保限制及防 治措施并没有随之发展，或者说当时在化学工业迅猛 发展的同时并没有意识到大量的工业污水生活污水 等迅速涌入江河湖泊，远远超过水域自然的吸收自净 平衡能力，特别在发达国家一些人口密集，流通不畅 的水域，会引起富营养化污染这祥至今仍威胁环境特 别是水质的问题。可是即使没有洗衣粉中的三聚磷酸 钠，如不及时在工业发展的同时治理污水，富营养化 问题也是必然要发生的，如在我国洗涤剂中磷只占生 活污水中磷含量的 7 ，但许多江河湖泊，特别是著 名风景湖的富营养化近年巳很严重。很明显这并不是 三聚磷酸钠之过错 ．而是在工业发展的同时，污水治 理及排污没有同步跟上之故。 二十年来，一些发达国家不惜巨额投资 ，消耗大 量人力、物质进行磷酸盐代用品的研究，而没有很好 地 环境治理与污水处理相配台，其结果是迄今仍未 找到完美的三聚磷酸钠代用品；而且在一些大力限 磷 ，禁磷的国家，他们的水质并无明显好转，富营养化 依然不可避免。如日本 1984年无磷粉巳占84 ，现在 已基本无磷，但对其最大湖泊水中磷含量测定结果表 明与七十年代末禁磷前相近。相反在一些没有禁磷的 国家如瑞典、荷兰、德国等地 区，加强环保，采取污水 三级处理，水质保持良好，且处理费用远低于代磷多 花之费用，回收磷还可以再利用。口 另据 1994年的一项最新研究表明，一直提倡限 磷、禁磷的美国也对含磷酸盐洗涤剂做出了重新评 ． 价。[‘ 此项研究是由欧’洲磷酸盐研究中心和英国 AI： bright＆wu 公司共同出资，从原料提取直到加 工、制造、使用和最终处理全面进行的，结果表明不含 磷酸盐的洗涤荆并不比含磷酸盐的洗涤剂好，含沸石 的洗涤剂对环境同样有害。而磷酸盐与沸石等所有其 他助剂相 比的一大优点是易于回收 ，费用低 ，可以重 新使用。 2 三聚磷酸钠是最好的助剂 二十多年来，对三聚磷酸钠的替代物研究表明： 任何一种替代物在单独使用时，在性能上均不及三聚 磷酸钠。(见表 1) (1)三聚磷酸钠在室温下，一般钙值为 13 4。对 表 1 凡种助剂性能比较 助荆 三聚礴畦钠 柠掌麓聃 4A拂石 硅酸钠 聚丙姆畦钠 价格 蒋解性 生橱降解 废水净化率 叠台 c 能力 抗污垢再沉积性 {蠼冲力 击柯力 低 高 低 {匪 高 蒋解 蒋解 不蒋解 蒋解 蒋解 可水解 ，生橱降解性好 很好。迅遗 一 一 难 根窖易净化 经生铀降解后净化 窖易净化 可用沉淀甚净化 难 叠音钙离子舱力誊、交换遗 低温较好，高墨不好 钙离于交挠蓖力好，但 没有叠音能力，通过沉 对硬离于无董音作用，可 度稚快 交换遗度根懂 寝赢理使水敏也 分散污垢 提高枵垢分鼓悬浮能力 无 无 无 具有分鼓、最萍挣垢能力 好 较好 好 很好 好 根好 较好 加^其他鼬拊(sTPP)j．强击枵力，使麓性污 对嵌熏 Mnq、高峰土辱 后才好 垢皂化，油脂污垢乳化 污垢击除靛果较好，对油 性挣垢散暴较均 多价金属离子具有较强的螫台能力，能将不溶解的多 价金属阳离子络台，变成可溶性的复台离子，因此可 以大大提高洗涤剂活性物的洗涤和去污效果及织物 的白度。其螯台能力极强，且对 c矗 的络合速度最快， · 34 · 如表 2、3[ 所示。 表 2 不同助剂对 ca2 的络合能力[残留ca (M)] 加^量(g) 三聚■麓蚺 拧掌畦聃 亚胺 麓盐 ‘A痒石 驯 维普资讯 http://www.cqvip.com 1996年第 3期 日 用 化 学 工 业 表 3 不同助剂对 Ca 的络台速度(硬水 便。 浓度 3．72×lO-。M，25℃) Om Ⅱ 0．5mln 1rain 3rain 洲篓嚣篓 蓑 篓 *表示 caI-敞度很氍 ，超出工作曲线哉性范围 ，且近似 100％络 台 (2)三聚磷酸钠特异的吸附于基质，使污垢表面 带有负电荷，由于引起两者之间电子排斥容易使污垢 脱离去除 ；并对微细的无机粒 子或油脂微滴具有分 散、乳化、胶溶作用，提高了污垢的悬浮能力 ，防止污 垢再沉积到织物上 ，从而提高了洗涤剂的洗涤效果， 这是沸石、氮川三醋酸钠等代用品所不具备的。如图 1“ 所示三聚磷酸钠对高岭土的分散力明显优于 AS 的分散力。 =、 目 0 ■ 曲 蛙 澈崖(to／L) 圈 l 十二地基耻畦枘和三囊磷畦枘对高峰土的分t力 永爱崖 l6‘d (3)三聚磷酸钠水溶液具有弱碱性 ，对洗涤作用 是很合适的，尤其对酸性污垢的去除更为有利。尽管 三聚磷酸钠碱性不高，但它在 pH14~4．3的范围内 能起到保持洗液碱性的缓冲作用 (4)三聚磷酸钠对于表面活性剂具有增效作用， 在硬水中尤为明显，如表 4 ]、5，图 2、3所示 (5)三聚磷酸钠溶解性好 ，不仅可用于粉状洗搽 剂 ，也可用于液体洗涤荆和膏状洗搽剂。 (6)从制造粉状洗涤剂的角度看 ．三聚磷酸钠也 有不可多得的特性 。三聚磷酸钠能产生非常稳定的水 合物，例如在 100℃时也不失去结晶水这种干爽的结 晶在湿度很高的环境中也不太会引起结块 ，使用方 专论与综述 表 4 三聚磷酸钠对洗液去污力的髟响 用嗳尘器尘埃污染的洗物 额 荆 单 性物 ：。 表 5 三聚磷酸钠对表面活性剂的增效作用 ‘AE十AEs)总活 至旦三塞 堕塑塑 蔓塞堕堕圭堡塑墼 性物堆崖 0 5，； 2．5 =、 目 ● Z _凸 l耳 ．群 {盎崖 “na1·L一。) 圈2 STPP对十四烷基耻畦铀丧面张力和cmc的影响 水爱直 zs'd 髓州加^量(g／L) 固 3 善竹助荆对 LAS的击污力影响 (7)三聚磷酸钠废水容易净化，可在污水处理场 进行第三次处理来解决磷酸盐的问题。若在污水沉淀 阶段加入铁盐(如废铁溶解于废硫酸中的溶液)则可 使磷酸铁盐沉淀下来，这种技术已在欧'洲一些 国家的 市政污水处理场 中使用 一，且回收的磷还可以再利 用，如荷兰 早已把磷酸 盐列为富营 养污染 的“黑 名 (下转第 38页) -35- 维普资讯 http://www.cqvip.com