表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究
表面活性剂对污泥沉降及脱水性能的影响
表面活性剂对污泥沉降及脱水性能的影响污泥在用过滤或离心的方法机械脱水时，通常要进行预处理，即通过向污泥中投加各种凝聚剂，使污泥颗粒絮凝、结构增强以利于机械脱水。
一般脱水污泥的含水率可达80%左右，但要使污泥的含水率降到更低的水平比较困难，必须开发其他的预处理方法。
1 材料与方法1.1 材料除了牛血清白蛋白和DNA为生化试剂外，其他的化学药品均为分析纯试剂。
表面活性剂：由同济大学合成的一种两性表面活性剂。
污泥试样：上海曲阳污水厂剩余活性污泥，含水率为99.5%，pH=6.8，MLSS=6.1g/L；浓缩污泥的MLSS=12.4g/L(自然沉降24h得到)。
主要仪器：DBJ—621型定时变速搅拌机，LXJ—Ⅱ型离心机，UV—750C分光光度计，P HB—3便携式pH计。
脱水装置：真空过滤装置由真空抽滤装置与真空水力泵相连；离心脱水在LXJ—Ⅱ型离心机上进行。
1.2 分析方法污泥含水率测定：见文献［1］。
蛋白质含量测定：Folin—酚法。
以牛血清白蛋白为标准蛋白，标准曲线的测定是在相应污泥脱水试验的相同外界条件下进行。
DNA含量测定：二苯胺显色法。
以小牛胸腺脱氧核糖核酸为标准DNA，标准曲线的测定是在相应污泥脱水试验的相同条件下进行。
1.3 污泥沉降试验向100mL未经浓缩的污泥中加入一定量的表面活性剂，快速搅拌1 min，慢速搅拌5 min，倒入100mL量筒中，记录不同时间的污泥体积。
1.4 污泥脱水试验1.4.1 真空过滤脱水将100 mL经沉降浓缩24h的污泥加入到250 mL的烧杯中，再加入一定量的表面活性剂，快速搅拌1min，慢速搅拌5min后，加入经计量的三氯化铁(以浓度为20%的水溶液加入)和氧化钙(以浓度为10%的水溶液加入)，再快速搅拌1min，慢速搅拌5min后，倒入脱水装置的布氏漏斗中，在50kPa真空度下脱水，测定滤饼的含水率。
1.4.2离心脱水操作同过滤脱水，只是将化学药剂处理过的污泥倒入离心筒中，在2000r/min下离心1 min ，测定上清液的体积。
阳离子型表面活性剂对活性污泥脱水性能的影响及作用机理研究
ABSTRACT
As the rate of municipal and industrial wastewater treatment goes up, the amount of sludge produced in the treatment process increases a lot. Since the sludge contains large proportion of water (more than 99.5%), and its dewaterability is poor, thus resulting in the increasement of cost of sludge treatment and disposal. As a result, how to enhance the dewaterability of sludge and reduce the cost of sludge treatment becomes an important research interest in the world. Using physical, chemical and biological conditioning methods to pretreat sludge can change the physical characterization and chemical composition of sludge flocs, destroy the sludge colloid structure and reduce the affinity between water and colloid particles, thus improving the dewaterability of sludge. The medicament conditioning becomes a common method because of simple operation and low cost. At present, sludge conditioners in the market are mostly cationic macromolecular flocculants which can bring about good solid-liquid separation through
污染土壤修复中表面活性剂的应用研究进展孔辉
污染土壤修复中表面活性剂的应用研究进展孔辉发布时间：2021-06-15T15:31:23.580Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：孔辉徐建永[导读] 摘要：表面活性剂具有很强的亲水亲油作用，且具有很强的吸附性，因此在土壤修复过程中具有很好的应用前景。
圣清环保股份有限公司云南省昆明市 650000摘要：表面活性剂具有很强的亲水亲油作用，且具有很强的吸附性，因此在土壤修复过程中具有很好的应用前景。
特别是在严重污染的土壤中，使用表面活性剂可以提高有机物的溶解度，然后从土壤中吸收，从而达到净化土壤的目的。
随着我国环保意识的增强，表面活性剂的应用将更加广泛，因此加强对表面活性剂的研究具有重要的现实意义。
关键词：污染土壤修复；表面活性剂；应用研究1土壤污染的特点日常生活中的土壤污染往往不易察觉，绝大多数不能直接展示，很少能通过感官直接发现。
判断土壤污染，需要对土壤样品进行分析，通过分析测试土壤污染因子，进而判断土壤污染。
由于土壤污染具有很强的隐蔽性，其滞后性往往是造成病害的主要原因。
1）累积性和不可逆性，土壤污染由于不存在强扩散性和污染物不易稀释性，因此污染物在土壤中很大程度上不能被输送，这会使同一区域的污染物不断累积，也会造成土壤污染强烈的区域性现象。
同样，由于污染物流动性差，土壤污染难以自净，如农药、化肥、油类等有机物对土壤污染的恢复需要较长时间，同时也造成治理不力、治理难度大、治理成本高。
2）土壤作为生态系统的重要组成部分，与大气和水进行着各种循环。
土壤污染还造成大气和水的污染，不易控制。
同时，由于土壤成分复杂多样，土壤污染监测难度较大，土壤样品取样难度较大。
2土壤污染的分类造成土壤污染的因素有很多，根据污染物的种类我们可以将土壤污染分为四类：第一，由于化学元素造成的污染一般分类为化学污染，污染源可归结为污染物的排放污水、尾气、固体废物和降雨，可分为有机污染和无机污染。
在我国农田土壤类型中，化肥中的氮、磷污染和农药引起的有机污染是主要污染条件，而工业排放中的重金属、氰化物、汞化合物、硫化物等气体污染则是重点防治以及控制因素。
表面活性剂与聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响
据报道 ， 截至 ２ ０ １ ２年 ３月 底 ， 全 国设 市城 市 、 县 累计 建成 城镇 污水处 理厂 ３ １ ９ ８座 ， 处 理能力 达 到
１ 试 验 部 分
１ ． １ 材料 与仪器
１ ． ３ ８ 亿ｍ ／ ｄ 。按照污泥产量约为污水处理量的 ０ ． ３ ％～ ０ ． ５ ％Ｉ ｌ ｌ 计算 ， 将 来 我 国 的污 泥 年 产量 将 会达 到２ ． ５ ２ 亿ｔ （ 以含水率 ９ ７ ％计 ） 。污泥具有含水率
作者简介 ： 戢伟 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 硕士 ， 主要从 事污水处理技术研究工作 。
第 ５期
戢伟等 ： 表 面活性剂与聚丙烯酰胺对污泥脱水性 能的影响
・ ３ ５・
隔１ ５ ｓ 记录 １ 次， 直至漏 斗 中污泥 层 出现裂 缝 ， 真空 被破 坏 为止 ， 利用 差量 法测 定滤 纸上 污 泥 的含 固率 。 １ ． ２ ． ２ 滤液 中蛋 白质 含量 的测定 将经调 理 的 １ ０ ０ ｍ Ｌ污 泥 ， 真 空 抽 滤 后 取 其 滤 液， 采用 双缩 脲法 【 】 ， 在 紫外条 件 下 测 出 吸光 度 ， 再 以牛血 清蛋 白为标 准 蛋 白测 定 出滤液 中胞 外 蛋 白质 含量 。在相 同外 界条 件下进 行标 准 曲线 测定 。 １ ． ２ ． ３ 污泥沉 降性 能 的测定
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ， ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ６ ５ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １ ０
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ９ ８ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ６ ５ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） 一 ０ ５ — ０ ０ ３ ４ — ０ ５
表面活性剂作用原理
表面活性剂作用原理
表面活性剂是一类能够降低液体表面张力并使液体分散的物质，具有吸附在界
面上的特性。
它们在日常生活中被广泛应用，例如洗涤剂、洗发水、润滑油等产品中都含有表面活性剂。
那么，表面活性剂是如何发挥作用的呢？本文将从表面活性剂的作用原理来探讨这个问题。
首先，表面活性剂能够降低液体表面张力。
在液体表面，分子受到的吸引力不
均匀，使得表面上的分子受到的吸引力比体内的分子受到的吸引力要小。
这就导致了液体表面上的分子呈现出一种收缩的趋势，即表面张力。
而表面活性剂的分子结构中含有亲水性和疏水性基团，使得它们能够吸附在液体表面上，降低表面张力，使得液体更容易分散和渗透。
其次，表面活性剂能够使油水相溶。
由于表面活性剂分子中同时含有亲水性和
疏水性基团，使得它们能够在油水界面形成一层薄膜，将油滴包裹在其中，使得油水相互分散。
这种特性使得表面活性剂在清洁剂中起到了乳化的作用，能够将油污和水混合在一起，便于清洁。
另外，表面活性剂还能够降低液体的界面张力。
在两种不同液体的界面处，由
于表面张力的存在，会使得两种液体难以混合。
而表面活性剂能够吸附在两种液体的界面上，降低界面张力，使得两种液体更容易混合。
这种特性使得表面活性剂在润滑油中起到了乳化和分散的作用，使得润滑油能够更好地润滑机械设备。
总之，表面活性剂通过降低液体表面张力、使油水相溶和降低液体的界面张力
等方式发挥作用。
它们在日常生活中扮演着重要的角色，为我们的生活带来了便利。
希望通过本文的介绍，读者能够更加深入地了解表面活性剂的作用原理，从而更好地应用它们在生活和工作中。
无机调理剂与表面活性剂联合调理对污泥脱水性能的影响
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌ ａ ｎ ｄＥ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＳ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图分类号：Ｘ ７ ０ ５
文献标志码 ：Ａ
文章编 号：０ ４ ３ ８ 一ｌ １ ５ ７（ ２ ０ １ ４ ）０ ３ —１ ０ ６ ８ 一Ｏ ８
Ｄｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｌ ｕｄｇ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｂ ｙ ｉ ｎｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｒ ｃ ｏ ｍ ｂｉ ｎｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎｔ
ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ｕ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ａ ｎห้องสมุดไป่ตู้ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｅ ｏ ｆ ｓ ｌ ｕ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｖ ａ ｉａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｃ ａ ｎ ｃ ｈａ ｎ ｇｅ ＥＰＳ ｃ ｏ ｎｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｉｌ ｆ ｒａ ｔ ｔ ｅ ，ａ ｎｄ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ＳＲＦ ａ ｎｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏｆ ｄ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ
利用絮凝剂、表面活性剂调理造纸污泥脱水性能
泥 处理 问题越 来越 引起人 们 的广泛关 注 。 通过简单的机械压榨对造纸污泥进 行脱水 ， 要想 脱去较多的水分 ， 得 到含 固率高 的泥饼 ， 几乎 是不 可
能 的事 情 ［ 。现 在 很 多 企 业 通 过 添 加 污 泥 调 理 剂 （ 混
取 回来 的污 泥放 人大 烧 杯 中并 将 烧 杯 用塑 料 薄 膜
包 住放 入冷 藏保 鲜 室保 存 以备 实验 采 用 。其 性 能 指标 包括 ： 活 性污 泥 固含 量为 １ ． ４ ５ ｇ ／ １ ０ ０ ｍＬ， 混 合 液悬 浮 固体 （ Ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｌ ｉ ｑ ｕ ｏ ｒ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｓ ， ＭＬ Ｓ Ｓ ） 为 ２ ９ ０ ０ ， 污 泥 沉 降 比（ Ｓ ｌ ｕ ｄ ｇ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ， Ｓ Ｖ） 为 ３ ０： ３ ８ ０ ， 污泥指 数 （ Ｓ ｌ ｕ ｄ ｇ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ， Ｓ ＶＩ ）
［ 关 键词 ］ 造 纸 污泥 ； 含 水率 ； 表 面活性剂 ； 污 泥脱水 ； 絮凝 剂
造 纸工业 作为 轻工 行业 的重要组 成部 分 ， 也 是
用对 造纸 污泥脱 水性 能的影 响 。
１ 实 验
国家 的支柱产 业 之一 ， 在 国家 、 社 会 和 经济 生 活 中 发挥着 重要 的作用 。随着科技 进步 发展 ， 造纸工 业
２ ０ １ ３年
・
第 １ 期
《 黑
龙
江
造
纸》
论文 与综述 ・
利 用絮 凝 剂 、 表 面 活性 剂 调 理 造 纸污 泥 脱 水性 能
PAC和PAM两种絮凝剂在污泥脱水中配合使用的机理
PAC和PAM两种絮凝剂在污泥脱水中的配合使用机理PAC和PAM是污泥脱水处理工业中常用的两种絮凝剂，很多生产实践中都会用到两者相互配合使用的情况，那么两者分别的作用机理和配合使用的作用机理是什么呢？为什么要配合使用呢？首先，我们先分别看看PAC和PAM各自的作用机理PAC全称聚合氯化铝，聚合氯化铝（PAC）是一种无机物，一种无机高分子混凝剂，简称聚铝。
它是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，具有较长的分子链和分子量，是常用的净水剂。
在污泥脱水工艺中的作用机理是：PAC中的铝离子和水中的碱性物质（如碳酸根、氢氧根等）反应生成胶体状氢氧化铝，这种氢氧化铝能够与悬浊物颗粒结合，形成较大的结团。
同时，PAC中的铝离子（阳离子）又能与水中的有机物颗粒（表面带负电荷）发生吸附作用，这些吸附物可以作为桥连在颗粒之间，然后再通过PAC中的长链聚合铝离子形成聚集结构，通过架桥效应将颗粒结合在一起，从而形成大颗粒的絮凝物。
PAM全称是聚丙烯酰胺，是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚的聚合物统称，PAM是水溶性有机高分子聚合物应用最广泛的品种之一。
在污泥脱水絮凝过程的机理是：PAM的分子链通过静电（阳离子）作用与污泥颗粒表面（阴离子）结合，并形成螯合效应，从而增加颗粒之间的结合力，使其聚集成较大的颗粒。
在形成较大颗粒之后，PAM大分子链又如填充剂一样增加颗粒之间的空间位阻，使得颗粒更难以靠近和重聚，是间歇水难以形成。
除此之外，由于PAM是有机物，丙烯酰胺聚合分子链上的官能团的又是PAM成为很好的表面活性剂，增加分子链与颗粒之间的相互作用力，从而促进絮凝，并使泥、水更好地分离。
其次，我们再分析PAC和PAM各自的作用特点PAC是无机盐的高分子材料，分子链较PAM短，形成絮团更小。
但是，它溶于水速度快、水解快、作用时间非常短，能迅速、彻底形成小絮团，而且一般常规搅拌也不太容易破坏絮团，具有比PAM更强的抗物理干扰性和絮团稳定性。
生物质表面活性剂对低阶煤脱水性能影响及作用机理研究
Vol. 40 No . 4 Aug. 2021
生物质表面活性剂对低阶煤脱水性能影响 及作用机理研究
刘明普，林梦宇，胡善沛，由晓芳，李琳
(山东科技大学化学与生物工程学院，山东青岛266590)
摘 要：研究了环境友好的生物质表面活性剂---- 腰果酚聚氧乙烯醚9 (cashew phenol polyoxyethylene ether 9 ,
C 73.52
H 4.17
N 0.91
S 0.73
O 20.67
• 30 •
山东科技大学学报（自然科学版）
2021 第4 期
从表1可以看出，煤样的空气干燥基灰分（AQ为6. 93%，属于低灰分煤，水分（MQ为7. 18%，干燥无 灰基挥发分含量为28 36%，固定碳含量（FCdf）为57. 53%。煤中挥发分含量较高，说明其变质程度较
性研究表明，吸附后煤-水体系黏附功降低、稳定性下降，有利于低阶煤脱水%傅里叶变换红外光谱和X射线光电
子能谱分析表明,BGF-9通过吸附覆盖了低阶煤表面的含氧官能团及部分石英为主的无机矿物，提高了疏水性，从
而有利于提高低阶煤的脱水性能%
关键词：腰果酚聚氧乙烯醚；低阶煤；吸附；含水率；润湿性
中图分类号：TD926
收稿日 期 2020-08-21 基金项目：国家自然科学基金项目(51904174,52074175);山东省高等学校青创科技支持计划项目(2020KJD001)；中国博士后
科学基金项目(2019M662403) 作者简介:刘明普(1996—),男，山东聊城人，硕士研究生，主要从事矿物(煤)脱水的研究.
(ColegeofChemicalandBiologicalEngineering#Shandong UniversityofScienceandTechnology# Qingdao, Shandong 266590, China)
污水处理过程中表面活性剂的影响研究
污水处理过程中表面活性剂的影响研究污水处理过程中表面活性剂的影响研究引言：污水处理是解决当今世界面临的重要环保问题之一。
其中表面活性剂对污水处理过程具有重要的影响。
表面活性剂在污水处理中可以起到溶解与沉淀、乳化与分散、界面作用等多种作用，对于提高污水处理效率、防止污水排放对环境污染产生影响具有重要意义。
因此，深入研究表面活性剂在污水处理过程中的影响，对于提高污水处理效果具有重要意义。
一、表面活性剂溶解与沉淀的影响表面活性剂能够改变溶液中传统污染物的溶解特性，使其更易溶解于水中。
同时，表面活性剂还可以与水中的含油、有机物结合形成沉淀物，从而使沉积物易于去除。
这一过程对于去除水中的有机物有着重要的作用。
研究表明，添加适量的表面活性剂可以增强溶解性有机物在水中的分散度，提高其降解速率。
表面活性剂还可以促进水中的污染物与沉淀剂结合形成更大的沉积物颗粒，从而利于沉降和过滤，提高处理效率。
二、表面活性剂的乳化与分散作用对于含有油污染物的污水处理，表面活性剂具有良好的乳化与分散作用。
表面活性剂的分子结构使其能够在水相与油相之间形成胶束结构，从而将油水乳化为微小的颗粒。
这些微小颗粒可以增大油污染物表面积，使其更容易与氧气接触，有利于生物降解的进行。
同时，表面活性剂还具有分散作用，即可以将水中的颗粒物质分散成较小的颗粒。
这种分散作用可以防止颗粒物质的沉积和堵塞处理设备，提高处理效率。
三、表面活性剂的界面作用表面活性剂在污水处理过程中的界面作用也具有一定的影响。
污水处理中常用的气浮法和界面活性剂法，正是利用了表面活性剂的界面活性。
表面活性剂可以使溶液表面的张力降低，从而使气泡更容易附着和漂浮在污水中，达到去除悬浮固体颗粒的目的。
此外，表面活性剂还可以改善污泥耐水性能，提高污泥浆的流动性，减少泥层堆积，降低沉淀池的污泥高度和频繁清理的需求。
结论：表面活性剂在污水处理过程中具有重要的影响。
通过溶解与沉淀、乳化与分散以及界面活性等作用，表面活性剂能够提高溶解性有机物的分散性和降解速率，增大油污染物表面积从而促进生物降解，同时防止颗粒物质的沉积和堵塞设备，提高处理效率。
表面活性剂对水泥混凝土性质的影响研究
表面活性剂对水泥混凝土性质的影响研究水泥混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其性能因素多种多样。
除了水泥本身的质量和配合比等因素外，表面活性剂也是影响混凝土性能的一大因素。
本文将从表面活性剂的浸泡、添加等方式，对其对水泥混凝土性质的影响进行研究和探讨。
一、表面活性剂的分类表面活性剂通常分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂等几类。
其中，阴离子表面活性剂用途最为广泛，因为其分子结构将水分子的极性吸引出来，具有良好的溶解性和乳化性，使其在混凝土的应用中具有更好的适应性。
阴离子表面活性剂一般也被认为对混凝土的稳定性有一定的影响，可以有效地减少其表面张力，缓解水泥混凝土表面的龟裂和剥落。
二、浸泡式加入表面活性剂在工程实际中，常常采用将水泥混凝土放置在表面活性剂溶液中浸泡的方法来应用表面活性剂。
在这种情况下，表面活性剂将会有效地渗透进入混凝土的结构孔隙中，并调整其中水泥浆层的类型、增加孔隙尺寸、保持混凝土的细触点等，进而改善混凝土的力学性能和耐久性能等。
表面活性剂的浸泡方法常常应用于混凝土的耐久性试验中，如浸泡试验、冻结融化试验和热风试验等。
三、表面活性剂的添加另外，在混凝土制备的过程中添加表面活性剂也是一种常见的方法。
根据研究表明，当混凝土中添加表面活性剂后，其水泥结构可以得到更好的细化，使得混凝土的细触点得到了增强，从而提高了混凝土的强度表现。
同时，表面活性剂的添加还可以有效地减少水泥的使用量，缓解造成的环境压力。
但是，表面活性剂作为一种添加剂时也存在一定的副作用，其会增加混凝土的水泥需求量，并且会产生一定的副反应，从而引发混凝土中氢离子的生成，降低混凝土的pH值。
四、表面活性剂对混凝土特性的影响在浸泡和添加表面活性剂的过程中，其对混凝土特性的影响也是不同的。
根据实验结果表明，当水泥混凝土放置在表面活性剂溶液中浸泡后，其未强制加压的相应增强率分别为3%、5%、8%。
而在添加表面活性剂的过程中，纤维强度、耐磨性、抗撕裂性和抗渗性等指标也得到了有效的提高。
表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究
表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究一、引言随着工业化和城市化进程的加快，人类活动产生的污水越来越严重地威胁到水资源的可持续发展。
污水中含有大量的有机物，如工业废水、农业污水和生活污水等，其中包括有机物质、重金属、氨氮等，对环境和人类健康造成严重威胁。
因此，研究污水有机物降解技术，特别是表面活性剂在其中的应用，具有重要意义。
二、表面活性剂的概述表面活性剂是一类能够降低液体表面或液体-固体界面的表面张力，从而改善液体自身流动性和物质传递性能的化学物质。
根据分子结构的不同，表面活性剂可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂等。
这些表面活性剂不仅能够在水体中形成胶束结构，增强化学反应的速率，还能提高传质速率，使得有机物降解过程更加高效。
三、表面活性剂在污水有机物降解中的作用机制表面活性剂在污水有机物降解过程中起到了至关重要的作用。
首先，表面活性剂能够增加有机物与水的接触面积，并降低高浓度有机物对水体的毒性。
其次，表面活性剂可通过胶束结构的形成，将水相中的非极性有机物质包围起来，并使得其溶解度增大，从而方便微生物降解。
此外，一些表面活性剂还具有吸附和解胶作用，可以在某些条件下使有机物快速降解。
综上所述，表面活性剂在污水有机物降解中具有重要的作用机制。
四、表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究1. 表面活性剂在污水预处理中的应用表面活性剂在污水预处理中可以起到去除悬浮物和减小有机物的作用。
研究表明，添加适量的表面活性剂能够改善污水的沉淀性能，从而提高污水的处理效果。
2. 表面活性剂在生物降解中的应用表面活性剂可以增强微生物降解有机物的能力。
通过独立研发的生物处理系统，添加表面活性剂后，有机物的降解效率显著提高。
表面活性剂通过改善微生物附着性、提高酶活性等方式，促进有机物的迅速降解。
3. 表面活性剂在化学降解中的应用表面活性剂在化学降解中起到协同作用，可以提高化学氧化剂和还原剂对有机物降解的效果。
表面活性剂去污原理
表面活性剂去污原理
表面活性剂是一种能够降低液体表面张力的化学物质，它在去污过程中发挥着重要作用。
表面活性剂的去污原理主要包括降低表面张力、乳化、分散、渗透和乳化分解等几个方面。
首先，表面活性剂能够降低液体的表面张力，使得水分子更容易与污垢表面接触，并且能够渗透到污垢内部。
这样一来，污垢与表面活性剂形成的混合物会更容易被水冲洗掉，从而达到去污的效果。
其次，表面活性剂具有乳化作用。
当污垢被表面活性剂包围后，它们会形成微小的乳液颗粒，这些颗粒会被分散在水中，从而使得污垢更容易被冲洗掉。
这种乳化作用对于油污的去除尤为明显，因为油水不相溶的特性，表面活性剂能够使油污与水混合，从而更容易清洗。
此外，表面活性剂还能够分散污垢颗粒，使得它们在水中分散均匀，不会重新沉积在被清洗的表面上。
这种分散作用可以使清洗更加彻底，不会留下污渍或者残留物。
表面活性剂还具有渗透作用，它能够渗透到污垢内部，改变其表面性质，使得污垢更容易被清洗。
这种渗透作用可以使得一些顽固的污垢更容易被去除，提高清洗效果。
最后，表面活性剂还能够通过乳化分解的方式去除一些油脂类的污垢。
表面活性剂能够将油脂分解成微小的颗粒，使得它们更容易被水冲洗掉，从而达到去污的效果。
综上所述，表面活性剂去污的原理主要包括降低表面张力、乳化、分散、渗透和乳化分解等几个方面。
通过这些作用，表面活性剂能够使得污垢更容易被清洗，提高清洗效果。
在日常生活中，我们可以根据不同的清洗需求选择适合的表面活性剂，以达到更好的清洗效果。
表面活性剂CTAB用于造纸污泥脱水研究
表面活性剂CTAB用于造纸污泥脱水研究
李清林;韩卿;阎宽水
【期刊名称】《中华纸业》
【年(卷),期】2012(033)006
【摘要】在二沉池泥水体系中加入表面活性剂CTAB,探索其对污泥脱水性能的影响.由实验结果可知当CTAB的剂量为表活/干污泥为0.1∶1,污泥的脱水速度较快；当表活/干污泥为0.15∶1,最终泥饼的含水率最低为70.71％.在保证脱水性能的前
提下将其用量减少一半,与CPAM进行复合作用,采用先加入CTAB再加CPAM,两
者的比值为2∶1,体系的温度在0℃左右,pH为9时,最终得到的泥饼的含水率最低为70.78％,和表面活性剂单独作用时效果基本相同,但是处理过程中投加药品的总
费用将减少.
【总页数】4页(P46-49)
【作者】李清林;韩卿;阎宽水
【作者单位】陕西科技大学造纸工程学院,西安710002;陕西科技大学造纸工程学院,西安710002;西安市奥辉纸业有限公司,西安710116
【正文语种】中文
【中图分类】X793;TS727
【相关文献】
1.利用絮凝剂、表面活性剂调理造纸污泥脱水性能 [J], 葛成雷;吴朝军
2.阳离子型表面活性剂CTAB的泡沫性能研究 [J], 王军超;李国胜;邓丽君;韩加展
3.一种用于提高碳酸盐岩采收率的新型表面活性剂CTAB-1 [J], 杨善文;康健;王馨雪
4.表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究：Gemini表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学模拟 [J], 吕文杰;胡耀峰;詹必才;刘振海;尚亚卓;汪华林;刘洪来
5.CTAB表面活性剂脉动热管性能研究 [J], 龚志明; 王瑞祥; 邢美波
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表面活性剂及酸处理对污泥脱水性能影响的研究
ous schemes using optimal dosages were compared by t he impacts from sludge nature to dewatering action. Sludge nature includes t he size and structure of floc watched by eyes and microscopes and t he content of t he bound water determined by DSC met hod. Dewatering action included dewatering velocity of filtration (SRF) , velocity of centrifugation (solid content of t he cake after 1800rpm - 2min - centrifuga2 tion) , extent (solid content of t he cake after 4800rpm - 45min - centrifugation) and supernatant quality ( SS , COD , TP , transparen2 cy) . Experimental results indicate t hat surfactant and acid treatment can greatly improve sludge dewatering extent , alt hough t hey havenπt big function on improving dewatering velocity except t he co2use of surfactant and FeCl3 - CaO. The function mechanisms of sur2 factant are t hat it can make sludge floc disintegrate and release t he bound water in t he original flocs. At t he same time , surfactant can al2 so dissolve ECP. The function mechanisms of acid are t hat it can modify sludge flocπs surface properties and dissociate ECP which result in more flocculation of flocs and decrease of floc hydration.
表面活性剂CTAC对活性污泥的脱水性能及其机理研究
表面活性剂CTAC对活性污泥的脱水性能及其机理研究李恺;叶志平;李焕文;王凤英【摘要】通过对污泥含水率和胞外聚合物(EPS)含量的测定,考察了阳离子表面活性剂(CTAC)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对污泥脱水性能的影响.结果表明,它们都有助于改善污泥的脱水性能,CPAM的最佳投药量为0.0106 g/100 mL污泥,表面活性剂投药量约为0.738 g/100 mL污泥,分别使污泥滤饼含水率降至80.28%和68.73%.为了进一步探讨表面活性剂对污泥的作用机理,实验通过观察表面活性剂处理前后污泥的电镜扫描照片(SEM)和粒径分布,发现经过表面活性剂处理的污泥原絮团被破坏,污泥表面呈网状结构;占体积分数90%的颗粒粒径都在52 μm以下,较原泥明显减小.实验表明,表面活性剂主要是通过破坏污泥结构释放内部结合水和溶出EPS来改善污泥脱水性能.【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】6页(P76-81)【关键词】表面活性剂;剩余污泥;脱水性能【作者】李恺;叶志平;李焕文;王凤英【作者单位】华南师范大学化学与环境学院,广东广州,510631;华南师范大学化学与环境学院,广东广州,510631;华南师范大学化学与环境学院,广东广州,510631;华南师范大学化学与环境学院,广东广州,510631【正文语种】中文【中图分类】X705就目前污泥处理来说，主要是通过调理去除污泥中水分，得到含固率高的泥饼，从而降低污泥运输及处理处置的费用.污泥的预处理，即通过向污泥中投加各种凝聚剂，包括天然改性型高分子絮凝剂、合成型高分子絮凝剂、高效生物絮凝剂以及混合药剂，使污泥颗粒絮凝、结构增强以利于机械脱水[1-4].一般处理后污泥的含水率在80%左右，但要使污泥的含水率降到更低的水平比较困难，因为絮凝剂能显著提高污泥的脱水速率，但在改善脱水程度上却效果不佳.近些年，部分学者也对表面活性剂的污泥脱水效果做了研究[5-6].表面活性剂同时具有亲水基和亲油基，是一类即使在较低浓度下也能显著降低表(界)面张力的物质.本文通过实验室模拟方法，对比了表面活性剂同阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对污泥脱水性能的影响，并通过微观表征探讨了表面活性剂对污泥的作用机理.1.1 材料与仪器污泥取自广州市某生活污水处理厂的活性污泥，自然沉降24 h后倒去上清液所得.原污泥含水率为98%～99%，pH=6.8.为了保证实验结果的可比性，所有实验用污泥均在采样后4～5 d内使用.主要化学试剂：阳离子表面活性剂(CTAC)，配成127.2 g/L溶液；阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)取自污水厂，配成1.0 g/L溶液；所用水均为去离子水.主要仪器装置：D-2001T6同步六联电动搅拌机；KYKY-1000B扫描电镜；101A-3型电热鼓风干燥箱；722S型分光光度计；XZ-1旋片式真空泵；阿米勒激光粒度仪.1.2 分析方法(1)滤饼含水率的测定将经过处理的污泥100 mL倒入布氏漏斗，在0.08 MPa的压力下真空抽滤15 min，然后取出部分污泥泥饼置于表面皿中，于烘箱中105 ℃恒温烘干6～8 h至恒质量，放入干燥器中冷却后称质量，最后计算滤饼的含水率[7]：式(1)中a为滤饼含水率(%)；W1为空蒸发皿质量(g)；W2为蒸发皿质量+湿样质量(g)；W3为蒸发皿质量+干样质量(g).(2)污泥比阻的测定污泥比阻(SRF)是表示污泥脱水性能的综合指标，其测定采用图1装置.污泥比阻愈大，脱水性能愈差，反之，脱水性能愈好.一般认为比阻在109～1010s2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.5～0.9)×109s2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4×109s2/g的污泥容易过滤.定压过滤时，调节压力控制阀至额定真空度(0.08 MPa)时，开始记录滤液体积，每隔15 s记录1次，记录时间为前10 min.在该过程中，不断调节压力控制阀，使真空度保持恒定.比阻的计算需先通过测定一系列的过滤时间t和滤液体积V数据，用图解法求斜率b，再通过公式Ⅱ测滤饼含水比的方法求得C，最后计算出SRF[8]，式(2)中污泥比阻值(SRF)的单位为s2/g(工程单位制为cm/g);P为过滤时的压强降(g/cm2)；μ为滤液黏度(g·cm-1·s-1)；F为过滤面积(cm2).式(3)中Ci为100 g污泥中的干污泥量；Cf为100 g滤饼中的干污泥量.注：1：接真空泵；2：缓冲瓶；3：具支管量筒；4：真空表；5：布氏漏斗；6：阀门(3) 污泥沉降实验量取100 mL污泥，在一定条件下投入不同量的药剂，快速搅拌1 min再慢速搅拌5 min，倒入100 mL量筒中，每隔一定时间记录一次污泥体积，共计时1 h.在同等条件下，比较污泥的沉降性能.(4) 胞外聚合物(EPS)分析分别取100 mL不同处理后的污泥，在真空抽滤后取其滤液，采用双缩脲法，以牛血清蛋白为标准蛋白测定滤液中胞外蛋白质含量；采用苯酚-硫酸比色法，以葡萄糖为标准样品测定胞外糖含量.(5) 污泥微观结构观察取经过处理的污泥，部分干燥后送电镜扫描并拍摄成照，余样通过激光粒度仪测定其粒径分布.2.1 表面活性剂对污泥沉降性能的影响由于污泥沉降一般都是自然沉降，图2、图3分别表示100 mL污泥中表面活性剂和CPAM不同投加量在1 h内对污泥沉降速度的影响.污泥的沉降性能受很多因素的影响，主要是污泥絮团的大小以及污泥表面聚合物类物质.由图2和图3知当表面活性剂和CPAM的投加量为0.738 g和0.015 g时，污泥的沉降效果分别达到最佳，且CPAM较表面活性剂效果更好.实验表明：CPAM主要是通过自身的正电荷中和污泥表面的负电荷，使污泥絮团凝聚变大，从而改善污泥的沉降性能；尽管表面活性剂破碎污泥絮团使其变小，不利于污泥沉降，但表面活性剂的作用在于其破碎污泥絮体的同时释放了污泥表面的聚合物(EPS)等亲水物质，同时表面活性剂的长链结构可以促进污泥絮体之间形成良好的吸附架桥功能，从而能够改善污泥沉降性能[6].2.2 表面活性剂对污泥脱水性能的影响污水厂的污泥是经过CPAM处理和离心脱水后运往处理场，其污泥滤饼含水率约为79.00%～80.00%，由图4知使用CPAM在实验室条件下得到的滤饼含水率最低为80.28%，与污水厂结果基本一致，适合同表面活性剂的脱水效果对比.图4显示，当100 mL污泥中CPAM投加量为0.015 g时，滤饼含水率最低，随着投药量的增加，滤饼含水率又回升，这是因为过量的CPAM使污泥颗粒重新带上正电荷，胶体颗粒因为电荷排斥而重新分散稳定，导致污泥脱水困难[9-10].污泥比阻(SRF)是考察污泥过滤性能的重要指标，从图5可以看出，污泥比阻与滤饼含水率的变化趋势基本一致.经过CPAM调理，污泥的比阻值较原泥5.57×109s2/g有较大改善，最低达到2.9×108s2/g.表面活性剂对抽虑后污泥滤饼含水率的影响见图6.在100 mL污泥中表面活性剂投加量为0～0.738 g时，污泥含水率降幅较大，从88.36%减至68.73%，污泥体积大大降低，处理效果较CPAM有明显提高.当投加量继续增大到0.942 g时，污泥含水率变化基本维持在68.90%左右.图7显示，经表面活性剂调理的污泥比阻最低约为1.0×108s2/g，效果明显(注：由于使用表面活性剂抽滤时，会产生部分气泡，影响观察，所以该比阻值存在一定误差，但不影响对比).2.3 对胞外聚合物(EPS)的影响胞外聚合物(EPS)是在一定环境条件下由微生物，主要是细菌分泌于体外的一些高分子聚合物.主要成分与微生物的胞内成分相似，是一些高分子物质，如多糖、蛋白质和核酸等聚合物.EPS普遍存在于活性污泥絮体内部及表面，是高度水合的且可以结合大量的水，它能加强活性污泥的浓缩和过滤性能，因而EPS对污泥的脱水性能有重要影响[11].蛋白质和多糖约占EPS总含量的70%～80%，故EPS对污泥脱水性能的影响主要是通过对滤液中蛋白质和多糖的含量分析来表征.在表面活性剂的增溶作用下，污泥中EPS等亲水大分子从污泥表面脱落，并大量溶解于水中，提高了污泥絮体的可压缩性，从而减少了污泥颗粒间的结合水；但是过量的EPS溶出，也会增加污泥粘度，减小污泥的过滤性能，导致过滤速率减弱[5].由图8可知，投加了表面活性剂的污泥滤液中蛋白质和多糖含量都高于原泥和经过CPAM处理过的滤液，分别达到了7.745 7、1.252 3 mg/mL.原泥和CPAM处理后的污泥滤液中蛋白质和多糖含量基本一致.2.4 对污泥微观形态的影响经不同处理后的污泥电镜扫描(SEM)结果见图9～图11.SEM显示：经过表面活性剂处理过的污泥表面较原泥更为破碎，原泥中较大的絮团基本消失破坏，污泥表面呈现一定网状结构；而经CPAM处理过的污泥颗粒则凝结成较大的絮团.为了进一步了解表面活性剂对污泥颗粒的影响，实验还分别讨论了不同处理前后污泥颗粒粒径的分布.表1显示，经不同处理后污泥颗粒的粒径同原泥有很大区别，其中表面活性剂处理后的泥样较原泥颗粒明显变小，基本都在52.00 μm以内，而CPAM处理后的污泥颗粒最大可以达到239.80 μm，较原泥的147.12 μm变化明显.粒径分布统计结果与扫描电镜显示的处理情况相一致.以上分析表明，表面活性剂具有分散作用，使污泥絮体结构分散解体，又在增溶作用下溶解EPS，同时释放颗粒间的结合水，从而提高污泥的脱水性能，这同CPAM主要作用于污泥自由水的脱水机理有明显的区别.注：d10为样品中体积累积百分比为10%时颗粒的最大直径(余同)(1)实验考察了表面活性剂、CPAM对污泥发的脱水效果，结果发现表面活性剂在投加量为0.738 g/100 mL污泥时，污泥滤饼含水率从88.36%降至68.73%，较CPAM效果更为显著.(2)电镜扫描和粒径分析显示：加了表面活性剂的污泥颗粒粒径比原泥小，90%的颗粒粒径都在52 μm以下；而CPAM能够凝聚污泥颗粒成团，改变污泥絮团结构，提高污泥脱水性能.(3)污泥胞外聚合物(EPS)对污泥的脱水性有重要影响.表面活性剂通过分散作用使污泥絮体结构分散解体，同时增溶作用溶出EPS等亲水大分子，释放出原絮体内部的结合水.但是过量的EPS会使污泥粘度变大，又不利于污泥的沉降与脱水.Key words： surfactant; excess sludge; dewaterability【相关文献】[1] 刘秉涛,娄渊知,徐菲.聚合氯化铝/壳聚糖复合絮凝剂在活性污泥中的调理作用[J].环境化学,2007,26(1):42-45.LIU Bingtao,LOU Yuanzhi,XU Fei.Effect of polymeric aluminum chloride/chitosan composite flocculant on activated sludge[J].Environmental Chemistry,2007,26(1):42-45. [2] 刘千钧,詹怀宇,刘明华,等.两性木素絮凝剂对生物活性污泥的絮凝脱水性能[J].造纸科学与技术,2004, 23(3):27-29.LIU Qianjun,ZHAN Huaiyu,LIU Minghua,et al.The performance of an amphoteric lignin flocculant on microbial sludge dewatering[J].Paper Science and Technology,2004,23(3):27-29.[3] 杨阿明,张志强,王学江,等.高效微生物絮凝剂用于污泥脱水及其动力学研究[J].中国给水排水,2007,23(9):24-27.YANG Aming,ZHANG Zhiqiang,WANG Xuejiang,et al.Study on high-efficiency microbial flocculant for sludge dewatering and its dynamics[J].China Water andWastewater,2007,23(9):24-27.[4] 邹鹏,宋碧玉,王琼.壳聚糖絮凝剂的投加量对污泥脱水性能的影响[J].工业水处理,2005,25(5):35-37.ZOU Peng,SONG Biyu,WANG Qiong.Dosage of chitosan flocculant influencing on sludge dewatering performance[J].Industrial Water Treatment,2005,25(5):35-37.[5] 陈银广,杨海真,吴桂标,等. 表面活性剂改进污泥的脱水性能及其作用机理[J].环境科学,2000,21(5):97-100.CHEN Yinguang,YANG Haizhen,WU Guibiao,et al.Surfactant improving activated sludge dewaterability and its mechanism[J].Environmental Science,2000,21(5):97-100.[6] 鹿雯,张登峰,胡开林，等. 阳离子表面活性剂对污泥脱水性能的影响和作用机理[J].环境化学,2008,27(4):444-448.LU Wen,ZHANG Dengfeng,HU Kailin,et al.Effect and mechanism of cationic surfactants on sludge dewaterability[J].Environmental Chemistry,2008,27(4):444-448.[7] 朱书卉,许红林,韩萍芳. 超声波结合复合絮凝剂强化生物污泥脱水研究及其作用机理[J].化工进展,2007,26(4):537-541.ZHU Shuhui,XU Honglin,HAN Pingfang.Sludge dewatering by ultrasound and composite flocculants and mechanism analysis[J].Chemical Industry and EngineeringProgress,2007,26(4):537-541.[8] 李燕城.水处理实验技术[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1989：113-117.[9] 张跃军,顾学芳,陈伟忠. 阳离子絮凝剂PDA的合成与应用研究——对城市污水的污泥脱水的效果比较[J].南京理工大学学报,2002(2):205-210.ZHANG Yuejun,GU Xuefang,CHEN Weizhong.Synthesis and application of cationic flocculant pda:Study on sludge dewatering in processing municipal sewage[J].Journal of Nanjing University of Science and Technology,2002(2):205-210.[10] 陈小明,孙鹏,林蔓. 絮凝剂对污泥脱水性能的改善[J]. 环境保护科学,2005,31(4):18-20. CHEN Xiaoming,SUN Peng,LIN Man.Improving the dewatering performance of sludge by flocculants[J].Environmental Protection Science,2005,31(4):18-20.[11] FORSTER C F. Activated sludge surfaces in relation to the sludge volumeindex[J].Water Research,1971,5:861-870.。
表面活性剂与聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响报告
表面活性剂与聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响报告随着产业化进程的增加，污水处理成为了我们生活中不可缺少的环节。
在污水处理过程中，污泥脱水技术一直都是一个比较关键的环节。
本报告将介绍表面活性剂与聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响。
一、污泥脱水技术介绍污泥是指在生活污水处理或工业废水处理等活性污泥处理过程中所积累的含有水分较多、悬浮物较多的污水处理副产物。
将污泥进行脱水处理，可以使得其含水率达到50%以下，便于处理与运输。
现阶段，污泥脱水技术主要有过滤压榨、混凝沉淀、离心脱水、浓缩干化等。
二、表面活性剂对污泥脱水性能的影响表面活性剂在污泥脱水技术中的应用主要是为了改善污泥的脱水性能。
表面活性剂又称为“分散剂”，其作用是改善污泥微粒子表面的电荷状态，减小微粒子间的吸引力，从而增加污泥的分散性。
同时，表面活性剂还可以与水系互溶，在污泥中形成乳化液体，减少污泥的黏度，提高污泥在离心机中的脱水速度。
三、聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响聚丙烯酰胺（PAM）是一种高分子聚合物，其分子量通常在10^6以上。
PAM在污泥脱水领域中的应用越来越广泛，主要是由于其具有很好的沉降性与滤饼脱水性能，可促进污泥的离水，提高脱水效率。
PAM的作用主要是增加污泥颗粒之间的通透性，从而提高水分的渗透性和排水性。
同时，PAM还能降低污泥颗粒之间的吸附力，增加污泥颗粒的运动能力，从而提高脱水效率。
四、表面活性剂与聚丙烯酰胺的联用由于表面活性剂和聚丙烯酰胺各自具有不同的优点，因此它们的联用可以更好地提高污泥的脱水效率。
联用时，表面活性剂可以起到分散污泥、降低污泥黏度的作用，而聚丙烯酰胺则可起到增加污泥通透性、提高脱水效率的作用。
此外，表面活性剂和聚丙烯酰胺的合理配比可以更好地发挥它们的优点，并可在不同的污泥脱水环节应用.五、结论综上所述，表面活性剂和聚丙烯酰胺是污泥脱水工程中的主要辅助剂。
表面活性剂可以改善污泥的分散性和黏度，聚丙烯酰胺可以增加污泥的通透性和脱水效率。
表面活性剂的结构对去污性能的影响
表面活性剂的结构对去污性能的影响在去污机理中已经谈到，表面活性剂的去污作用是通过其在非极性表面上的吸附、使被清洗表面成为亲水性表面后实现的。
因此从原则上可以认为，吸附量越大去污能力会越好。
然而由于洗涤温度、水硬度、基质和污垢的种类及性质对表面活性的作用都有相当大的影响，同时吸附也不是决定表面活性剂去污作用的惟一因素。
所以不能仅从表面活性剂的表面活性（即吸附能力）来考虑，而应综合各方面的影响因素。
一、表面活性剂疏水基（也称亲油基）结构的影响（1）链长的影响表面活性剂在基质和污垢上吸附的量及其吸附方式对污垢的去除和防止再沉积均有重要作用。
在给定浓度下，亲水基相同的表面活性剂，其疏水基越长，吸附量大。
对于阴离子表面活性剂而言，疏水链长者去污性能较好，但也不是越长越好，而是有一个最佳链长范围。
此范围的确定与洗涤温度和水硬度有密切关系。
其原因在于，随链长的增加，表面活性剂在水中的溶解度迅速下降，同时其Krafft点上升明显，见表2-1.当洗涤温度低于Krafft点时，表面活性剂的溶解量很少，不能达到临界胶束浓度，得不到最好的去污效果。
因此欲配置在较低温度下使用的洗涤剂，就不能选择疏水基过长的表面活性剂。
表2-1 一些阴离子表面活性剂的Krafft点除洗涤温度外，水硬度对表面活性剂的溶解性能也有很大影响。
特别是阴离子表面活性剂，随水硬度增高，溶解中生成高Krafft点表面活性剂钙和镁盐的量也逐渐增多。
这些钙盐在水中的溶解度很低，见表2-2，从而大大影响了去污性能。
表2-2 烷基硫酸钙在水中的溶解度（25℃）10 250～300 14 0.03～0.04非离子表面活性剂的Krafft点一般都低于零度，对钙、镁离子的敏感性也较低。
但是尽管如此，非离子表面活性剂疏水基的链长也有一个最佳范围。
疏水基过长水溶性变差、浊点降低，去污性能也随之降低。
虽然增加长碳链非离子表面活性剂的乙氧基聚合度也可增加水溶性，但此时会大大影响表面活性剂吸附的扩散速度，以致在实际洗涤条件下达不到最大吸附量。
不同pH下表面活性剂对污泥脱水性能的影响
不同pH下表面活性剂对污泥脱水性能的影响洪晨;邢奕;王志强;司艳晓;周亮【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2014(048)005【摘要】为了提高污泥脱水效果,对酸碱联合表面活性剂调理下污泥脱水性能的变化进行研究.利用表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵调理污泥,探讨表面活性剂投加量、pH值对污泥滤饼含水率(w(H2O))和比阻(r SRF)的影响.通过分析污泥中胞外聚合物(EPS)、上清液有机酸、流变性的变化,阐明不同pH下表面活性剂对污泥脱水性能的影响机理.结果表明,表面活性剂的加入导致污泥上清液中EPS质量浓度ρ(EPS)发生变化,促进EPS水解,有效降低污泥表观黏度,提高污泥脱水性能.在强碱性条件下,污泥上清液中ρ (EPS)大幅增加引起r SRF快速升高,w(H2O)增大,表观黏度增大,污泥脱水性能恶化;酸性条件下表面活性剂的作用效果较好,污泥滤饼含水率(w(H2O))明显降低.当pH值为3、表面活性剂投加量(w(表面活性剂))为93.75 mg·g-1时,w(H2O)和r SRF可分别降至61.12％、0.59×1013 m· kg-1.【总页数】9页(P850-857,870)【作者】洪晨;邢奕;王志强;司艳晓;周亮【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】X705【相关文献】1.无机调理剂与表面活性剂联合调理对污泥脱水性能的影响 [J], 洪晨;邢奕;王志强;张坤;司艳晓2.表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究：Gemini表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学模拟 [J], 吕文杰;胡耀峰;詹必才;刘振海;尚亚卓;汪华林;刘洪来3.典型表面活性剂对污泥脱水性能的影响研究 [J], 吴姁;张学伟;秦燚鹤;李松;岳朴;何绪文4.不同活化方式下PMS对污泥脱水性能的影响及机理分析 [J], 王飞坤;王曦;郭庆峰;李登新;林政友5.不同pH值下表面活性剂对污泥脱水性能影响的研究 [J], 刘说;何萍;张京京因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2014,30(5),811-820May Received:February 18,2014;Revised:March 19,2014;Published on Web:March 20,2014.∗Corresponding author.Email:wanghl@;Tel/Fax:+86-21-64252921.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51125032,91334203)and Fundamental Research Funds for the Central Universities of China.国家自然科学基金(51125032,91334203)和中央高校科研基本业务费资助项目©Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB201403201表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini 表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学模拟吕文杰1胡耀峰2詹必才2刘振海2尚亚卓2汪华林1,*刘洪来2(1华东理工大学国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室,上海200237;2华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,化学系,上海200237)摘要:表面活性剂可以与污泥表面的胞外聚合物(EPS)吸附形成胶束,释放出自由水和结合水,从而达到改善污泥脱水性能的目的.本文采用粗粒化的分子动力学模拟方法,研究了Gemini 表面活性剂与EPS 形成复合物的过程和结构.聚电解质链的亲疏水性对吸附过程有显著影响,亲水聚电解质链与Gemini 表面活性剂吸附的主要驱动力为静电吸引,Gemini 表面活性剂头基吸附在链上,尾链朝向溶剂;疏水聚电解质链与Gemini 表面活性剂吸附过程由静电作用与疏水作用共同促进,Gemini 表面活性剂以平行于聚电解质链的构型存在.Gemini 表面活性剂联结基团长度对吸附过程的影响甚微;聚电解质链的电荷密度对亲水聚电解质链的吸附产生协同作用,对疏水聚电解质链的吸附不产生作用.关键词:Gemini 表面活性剂;胞外聚合物;聚电解质;亲疏水性;粗粒化;分子动力学模拟;污泥脱水性能中图分类号:O647;O648Study on Mechanism of Surfactant Influencing on Sludge Dewatering Performance:Molecular Dynamics Simulations of the Interactionbetween Gemini Surfactant and PolyelectrolyteLUWen-Jie 1HU Yao-Feng 2ZHAN Bi-Cai 2LIU Zhen-Hai 2SHANG Ya-Zhuo 2WANG Hua-Lin 1,*LIU Hong-Lai 2(1State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Risk Assessment and Control on Chemical Process,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,P .R.China ;2State Key Laboratory of Chemical Engineeringand Department of Chemistry,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,P .R.China )Abstract:Surfactants can be adsorbed with extracellular polymeric substances (EPS)to form micelles with the release of both free and bound water molecules,and this process could be used to improve the performance of the sludge dewatering process.In this paper,coarse-grained molecular dynamics (MD)simulations were adopted to study the formation and structure of complexes resulting from the mixing of a Gemini surfactant and EPS.The hydrophobic or hydrophilic performance of the polyelectrolyte had a significant impact on the adsorption process.The main driving force for adsorption between the hydrophilic polyelectrolyte and the Gemini surfactant was electrostatic attraction,where the head group of the Gemini surfactant was adsorbed onto the chain with the tail chain pointing towards the solvent.The adsorption process between the hydrophobic polyelectrolyte and the Gemini surfactant was influenced by both electrostatic and hydrophobic effects,with the Gemini surfactant being oriented parallel to the configuration811Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.301引言剩余活性污泥是污水生化处理过程中产生的,因含有病原菌、寄生虫、重金属、放射性元素及大量的苯、酚、蒽、苯并芘等难降解的有毒有害物质,1-3直接排放会污染周围的土壤和水体,对人体也会造成严重的危害,剩余活性污泥处理已成为亟待解决的环境问题之一.4,5由于污泥成分复杂、脱水性能差,需要采取一定的调理措施来改善污泥的脱水性能,如通过物理、6-8生物9,10或化学11,12的方法对污泥进行预处理,改变污泥絮体的物理性质和化学组成,破坏污泥胶体结构,减小与水的亲和性,从而改善污泥的脱水性能.物理法需要通过外加能量或应力来改变污泥性质,生物法则主要是依靠好氧消化或厌氧消化以达到污泥减量与破坏污泥高孔隙结构的目的,前者受投资和运行成本限制,推广应用存在困难;后者对环境敏感,工业放大存在技术障碍.化学法以加入化学药剂的方式改变污泥的特性,是目前污泥预处理的主要方式.胞外聚合物(EPS)是污泥的重要组成部分,主要是污泥中微生物细胞新陈代谢所产生的可以聚集细菌形成污泥絮体的物质,主要可以分为三类:多糖、蛋白质和核酸.13,14有研究认为,EPS对剩余活性污泥的沉降性能和脱水性能有重要的影响,15-17污泥难以脱水的一个原因就是由于EPS的存在,它像胶囊壁一样包围在细菌的周围且不断向溶液中分泌粘性聚合物.化学法的原理是所加药剂与EPS相互作用,使EPS从污泥表面脱落,改变污泥絮体的形态,改善污泥的脱水性能.表面活性剂的分子结构兼具亲油基和亲水基两个部分,能吸附在两相界面上,呈单分子排列,使溶液的表面张力降低.18有研究发现,某些种类的表面活性剂对污泥脱水具有显著的促进作用.Kaiser 和Hey19发现特定种类的表面活性剂用于煤炭污泥系统中能够提高固液分离的效率;Puttock和Wainwright20的研究结果显示,将表面活性剂应用于不同种类的矿物污泥脱水中,均能使过滤后污泥泥饼含水率显著下降,他们认为,表面活性剂的加入能使污泥颗粒表面的聚电解质释放出来,从而改变污泥脱水和沉降性能.蒋波21发现季铵盐Gemini型阳离子表面活性剂能够有效改善城市剩余活性污泥的脱水性能,大幅度降低过滤后滤饼的含水率.本文采用粗粒化的分子动力学(MD)模拟,将污泥表面的EPS简化为聚电解质链,研究Gemini表面活性剂和聚电解质链的相互作用,考察聚电解质链的亲疏水性和Gemini表面活性剂联结基团长度对聚电解质链与Gemini表面活性剂的相互作用及其形成的复合物结构的影响,希望能够从Gemini表面活性剂和EPS之间相互作用和复合物结构的微观尺度理解表面活性剂在污泥处理过程中应用的分子机理,为开发更有效的污泥预处理药剂提供指导.2模拟细节本文的模拟系统包含一条聚电解质链和不同数目的Gemini表面活性剂分子,溶剂是介电常数为ξ的连续介质.聚电解质和Gemini表面活性剂用“弹簧-珠子”模型近似描述,聚电解质链由N=100个带有一定负电荷的球形链节组成,模型结构见图1. Gemini表面活性剂分子由两个结构相同的单链表面活性剂分子经联结基团通过化学键联结而成,其中单链表面活性剂分子由一个带有单位正电荷的头基链节和与之相连的若干个不带电的疏水尾链链节构成,可表示为h-s-h,图2为3-2-3型Gemini表面活性剂的模型结构.为了保持系统的电中性,模拟盒子中引入与聚电解质和Gemini表面活性剂所带电荷数量相等的带有单位电荷的反离子.为简单计,系统中所有的链节和反离子均假定为具有相同的质量m和直径σ.带电量分别为z i和z j的粒子i与j之间的长程静电相互作用由库仑势能描述:u ELEij(r)=e24πξzizjr(1)上式中e为单位电量;ξ=ξ0ξr,ξ0和ξr分别为真空和溶of the polyelectrolyte chain.The coupling group length of the Gemini surfactant had very little influence on the adsorption process.Variations in the charge density of the polyelectrolyte chain aided the adsorption of the hydrophilic polyelectrolyte,but had no impact on the adsorption of the hydrophobic polyelectrolyte.Key Words:Gemini surfactant;Extracellular polymeric substance;Polyelectrolyte;Hydrophobic or hydrophilic performance;Coarse-grained;Molecular dynamics simulation;Sludge dewatering performance812吕文杰等:表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini 表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学No.5剂的介电常数.Bjerrum 长度定义为λB =e 2/(4πξk B T ).相距为r 的粒子i 与j 之间的短程相互作用为标准12:6型Lennard-Jones(LJ)势:u LJij (r )=ìíîïïïï4εéëêêùûúúæèöøσr 12-æèöøσr 6-æèçöø÷σr c 12+æèçöø÷σr c 6r <r c 0r ≥r c (2)上式中ε和σ分别表示原子相互作用势阱和半径,本模拟中原子相互作用半径与原子直径相等.r c 表示截断距离.对于亲水性聚电解质链节,溶液中的反离子以及Gemini 表面活性剂头基之间的相互作用,LJ 势能的截断距离取为r c =21/6σ,此时粒子间的作用能始终为非负,表现为纯排斥作用;Gemini 表面活性剂尾链链节之间相互作用的截断距离取为r c =2.5σ,此时该势能同时包括排斥和吸引两部分,后者相当于疏水尾链链节之间的疏水吸引作用.对于疏水性聚电解质,聚电解质链节之间、聚电解质链节与Gemini 表面活性剂尾链链节之间相互作用的截断距离也取r c =2.5σ,以描述聚电解质链的疏水性.聚电解质链和Gemini 表面活性剂分子链内的相邻链节间通过有限扩张非弹性势能(FENE)相互连接,其势能为:u FENEij (r )=ìíîïïïï-12kR 20ln éëêêùûúú1-æèçöø÷r R 02r ≤R 0∞r >R 0(3)其中k =30ε/σ2为弹性参数,R 0=2σ为最大扩张量,在此条件下,键长的平均涨落能够控制在5%以内.系统中粒子的演化遵循随机朗之万(Langevin)方程,它很好地描述了来自溶剂的粘性力与来自热浴的随机力,两者共同作用使整个系统处于恒温状态:m d 2r i d t2=-∇U i -γd ri d t +W i (t )(4)其中r i 是第i 个粒子的位置;γ为摩擦系数,模拟中将其设置为1.0;W i (t )为t 时刻作用于第i 个粒子上的随机力,满足如下关系:W i (t )W i (t ′)=6k B T γδij δ(t -t ′)(5)其中k B 为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度.U i 是第i 个粒子与系统中所有其他粒子的相互作用能的总和:U i =∑j ≠i u ij (r )=∑j ≠i [u LJ ij (r )+u ELEij (r )+u FENE ij (r )](6)系统中带电粒子间存在的静电相互作用能通过Ewald 加和方法进行计算,其中倒易空间贡献使用particle mesh Ewald (PME)方法22来处理.模拟盒子边长为L =100σ,且在x ,y ,z 三个方向施加周期性边界条件.该模拟盒子的大小足以消除有限尺寸效应对模拟结果所可能带来的影响.运动方程的积分时间步长为0.005τ,τ=(m /ε)1/2.模拟演化的总时间步数为8×106,以保证系统达到平衡,其中最后的3×106步用于获得体系中各类性质的系综统计平均值.室温下以水为溶剂的系统,对比温度设定为λB =0.71nm.为了与实际对应,对比单位中采用λB =2σ,模拟温度为k B T /ε=1.0.3结果与讨论3.1Gemini 表面活性剂与聚电解质复合物的形成过程聚电解质链亲疏水性和Gemini 表面活性剂联结基团长度的不同都会导致聚电解质链和Gemini 表面活性剂的吸附过程有所差别,我们选择两个典型的系统分别考察Gemini 表面活性剂与亲水性和疏水性聚电解质复合物的形成过程.图3展示了3-2-3型Gemini 表面活性剂与亲水性聚电解质链电荷比Z =1.5(Z =n s /n p ,n s 为所有Gemi-ni 表面活性剂分子所带的电荷数,n p 为聚电解质链所带的电荷数)时的吸附过程.整个复合物形成过程可以概括为四个阶段:第一阶段,部分Gemini 表面活性剂由于长程静电吸引作用吸附于聚电解质链上,形成“瓶刷”结构,如图3A.Gemini表面活性剂头图1聚电解质模型结构Fig.1Schematic model ofpolyelectrolyte图23-2-3Gemini 表面活性剂模型结构Fig.2Schematic model of 3-2-3Gemini surfactant813Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30基和聚电解质带有相反的电荷,两者之间存在强烈的静电吸引作用,使Gemini 表面活性剂头基吸附在聚电解质链上,而疏水尾链则伸展在溶剂中.第二阶段,更多的Gemini 表面活性剂由于静电吸引作用吸附于聚电解质上,“瓶刷”结构演化为“串珠”结构,如图3B.随着聚电解质链吸附的Gemini 表面活性剂逐渐增多,由于带相反电荷的Gemini 表面活性剂的屏蔽作用,聚电解质链上电荷之间的静电排斥作用被屏蔽,链的刚性减小而逐步变得柔性,吸附在聚电解质链相邻位置的表面活性剂由于尾链间的疏水吸引作用而形成聚集体,形成“串珠”结构.第三阶段,聚电解质链和Gemini 表面活性剂聚集体分别通过静电吸引和尾链疏水吸引作用进一步吸附Gemini 表面活性剂,并形成两个体积较大的球状胶束,聚电解质链缠绕在胶束表面并在两个胶束之间形成一个连接,如图3C.这个阶段的推动力是静电作用及Gemini 表面活性剂疏水尾链间的近程疏水作用.吸附到聚电解质链上的Gemini 表面活性剂达到一定数量后,聚电解质链周围Gemini 表面活性剂的局部浓度升高,Gemini 表面活性剂疏水尾链间的近程疏水作用表露出来,导致距离较近的Gemini 表面活性剂发生聚集,形成类似胶束结构的疏水微区.第四阶段,两个胶束进一步融合,形成一个棒状胶束.这个阶段的推动力有链节的牵引作用,静电作用及尾链疏水作用.以上过程与Ilekti 23和Nause 24等在实验中观察到的表面活性剂与聚电解质链形成的柱状结构类似,Zhang 等25在实验中发现DNA 和聚合物胶束自组装也会有相似的结构出现.Liu 等26对单链表面活性剂与聚电解质链复合过程的模拟结果也显示了类似的四个阶段,但是Gemini 表面活性剂吸附过程经历每个阶段所用时间不到单链表面活性剂所用时间的1/4.主要原因是Gemini 表面活性剂是由两个单链表面活性剂在头基处通过联结基团(spacer)连接而成,联结基团的存在相当于使两个单链表面活性剂分子发生了凝聚,同时Gem-ini 表面活性剂具有两个带电头基,与聚电解质链的静电作用也大大增加,另外联结基团将两个表面活性剂分子紧密连接,致使尾链更容易靠近形成疏水作用.图4展示了3-2-3型Gemini 表面活性剂与疏水聚电解质链电荷比为Z =1.5时的吸附过程.其吸附过程也可以分为四个阶段,但是与亲水聚电解质链相比,吸附的推动力和形成的复合物结构又存在着明显的区别.此时,吸附的推动力为Gemini 表面活性剂与聚电解质之间的静电和疏水吸引作用,Gem-ini 表面活性剂头基和聚电解质链由于长程静电吸引作用而相互接近,当Gemini 表面活性剂接近聚电解质链时,其尾链与聚电解质链的疏水吸引作用开图33-2-3型Gemini 表面活性剂在亲水聚电解质上的吸附过程Fig.3Adsorption process of 3-2-3Gemini surfactant on hydrophilic polyelectrolyte(A)“bottle-brush ”structure,2steps;(B)necklace structure,5steps;(C)two sphere-like structure,12steps;(D)stable rod-like micelle,121steps图43-2-3型Gemini 表面活性剂在疏水聚电解质上的吸附过程Fig.4Adsorption process of 3-2-3Gemini surfactant on hydrophobic polyelectrolyte(A)“bottle-brush ”structure,2steps;(B)necklace structure,4steps;(C)rod-like structure,7steps;(D)stable sphere-like micelle,76steps814吕文杰等:表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学No.5始起作用,使其被吸附到聚电解质链上,形成与聚电解质链平行的吸附状态.随着吸附的表面活性剂的增多,逐渐形成聚电解质被包裹在内部的棒状结构,吸附平衡后形成的复合物结构接近于球形,而且电解质链不再缠绕在胶束表面,而是被包裹在胶束的内部.3.2Gemeni表面活性剂与聚电解质复合物的结构Gemini表面活性剂头基与聚电解质链的径向分布函数可以定量表征Gemini表面活性剂/聚电解质复合物的结构.径向分布函数由下式给出:g()r=2VN2m〈∑i<jδ()r-r ij〉(7)上式中,V表示系统的体积,N m表示系统中原子的个数.我们主要考察聚电解质链亲疏水性及Gemini表面活性剂联结基团长度两个因素对复合物结构的影响.3.2.1聚电解质链亲疏水性的影响图5A展示了不同电荷比,即Z=0.1,0.3,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5时,3-2-3型Gemini表面活性剂头基与亲水性聚电解质链的径向分布函数,从图中可以看出,在Z=0.1时,径向分布函数在r=1.5σ存在唯一一个峰,当表面活性剂浓度增加到Z=0.3时,除了在r=1.5σ形成一个明显的峰外,在r=6σ还存在一个不太明显的肩峰.出现这种情况的原因是,Z=0.1时系统中Gemini表面活性剂浓度很低,聚电解质可以提供足够的吸附位点,Gemini表面活性剂彼此距离较远,聚电解质链和Gemini表面活性剂之间只存在静电作用,被吸附的Gemini表面活性剂之间的相互作用可以忽略.模拟中所有粒子的直径都为σ,因此可以认为r=1.5σ处的峰是Gemini表面活性剂吸附在聚电解质链上形成的.当系统中Gemini表面活性剂浓度增加到Z=0.3,静电作用仍占主导地位,所以在r=1.5σ形成第一个峰,但同时Gemini表面活性剂尾链间的疏水作用表露出来,形成了尾链对尾链的聚集体,在距离r=6σ的地方形成第二个不明显的峰,吸附示意图见图6.从图5B可以看出,在Z=0.1-0.15时,径向分布函数只有一个峰,Z=0.2时,径向分布函数存在两个峰,可见该溶液的临界聚集浓度(CAC)在Z=0.15-0.2之间,这一数值比同等单链表面活性剂的临界聚集浓度低很多,这是因为Gemini 表面活性剂的表面活性更高.聚电解质亲疏水性对吸附过程有很大影响,同样对径向分布函数也会产生影响.图7展示了不同电荷比,即Z=0.1,0.3,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5时,3-2-3型Gemini表面活性剂头基与疏水性聚电解质链的径向分布函数.从图中可以看出,和亲水性聚电解质不同,疏水性聚电解质的径向分布函数只在r= 1.5s有唯一的峰,而与Gemini表面活性剂浓度没有关系.这是因为Gemini表面活性剂在疏水性聚电解质上的吸附是静电作用和疏水作用共同作用的结果,Gemini表面活性剂头基因为静电作用先靠近聚电解质链,随后尾链由于疏水作用吸附到聚电解质链上,其头基和末端尾链距聚电解质链的距离大致相等,这与上一节分析结果一致.为了确定Gemini表面活性剂在聚电解质链上的分布取向,我们进一步分析Z=0.3时,3-2-3型Gemini表面活性剂头基以及尾链末端链节分别与亲水性聚电解质链(图8A)和疏水聚电解质链(图8B)的径向分布函数.从图中可以看出,对于亲水聚电图53-2-3Gemini表面活性剂头基与亲水聚电解质的径向分布函数Fig.5Radial distribution function of the headgroup of3-2-3Gemini surfactant with hydrophilic polyelectrolyteZ:charge ratio815Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30解质链,Gemini 表面活性剂头基形成峰值所对应的距离小于尾链末端链节形成峰值所对应的距离,这表明Gemini 表面活性剂头基吸附在聚电解质链上,疏水尾链朝向溶剂,Gemini 表面活性剂主要呈倾斜方式吸附于聚电解质链.对于疏水性聚电解质链,Gemini 表面活性剂头基形成峰值所对应的距离与尾链末端链节形成峰值所对应的距离基本相等,这表明Gemini 表面活性剂主要以平行于聚电解质链的构型存在.为了进一步确定聚电解质链亲疏水性对Gemi-ni 表面活性剂吸附构型的影响,我们分析了不同体系下Gemini 表面活性剂的构型分布.图9是Z =0.3时,3-2-3型Gemini 表面活性剂在亲水性聚电解质链和疏水性聚电解质链体系中均方回转半径的概率分布,横坐标是表面活性剂的均方回转半径(表征表面活性剂的构型),纵坐标是构型分布的概率.从图中可以看出,在亲水性聚电解质链体系中,Gemi-图73-2-3型Gemini 表面活性剂头基与疏水聚电解质的径向分布函数Fig.7Radial distribution function of the headgroup of 3-2-3Gemini surfactant with hydrophobicpolyelectrolyte图83-2-3型Gemini 表面活性剂头基(a)以及尾链末端链节(b)与聚电解质的径向分布函数Fig.8Radial distribution function of the headgroup (a)and the last bead of tail (b)of 3-2-3Gemini surfactant withpolyelectrolyteZ =0.3;(A)hydrophilic polyelectrolyte;(B)hydrophobicpolyelectrolyte图9Z =0.3时3-2-3型Gemini 表面活性剂构型的概率(P )分布Fig.9Probability (P )distribution of configuration of3-2-3Gemini surfactant at Z =0.3<R g 2>:mean square gyrationradius图6亲水聚电解质与Gemini 表面活性剂吸附示意图Fig.6Adsorption schematic diagram between hydrophilicpolyelectrolyte and Gemini surfactant816吕文杰等:表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini 表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学No.5ni 表面活性剂的均方回转半径在0-0.955处所占的比例大于疏水聚电解质体系的,在0.955-4处所占的比例小于疏水聚电解质体系的.说明在亲水聚电解质体系中,均方回转半径小(构型紧致)的Gemini 表面活性剂所占比例比疏水性聚电解质体系的要高,而与之相对应,在疏水性聚电解质体系中,均方回转半径大(构型松散)的Gemini 表面活性剂所占的比例比亲水性聚电解质体系的要高.由于Gemini 表面活性剂概率分布的积分面积和都为1,region I 和region II 的积分面积相等,可以知道当聚电解质由疏水性变为亲水性后,会有部分表面活性剂(概率为region I 或region II 的积分值)的均方回转半径变小,即亲水性会导致部分表面活性剂构型变得紧致.3.2.2Gemini 表面活性剂联结基团长度的影响图10展示了电荷比Z =0.3时,不同联结基团长度Gemini 表面活性剂的头基分别与亲水性聚电解质链和疏水性聚电解质链的径向分布函数.从图中可以看出,对于亲水性聚电解质链,不同联结基团长度Gemini 表面活性剂的径向分布函数趋势一致,即在r =1.5σ处形成第一个峰,在r =6σ处形成第二个不明显的峰.不同的是,3-1-3型Gemini 表面活性剂所形成的峰值明显高于其他联结基团长度的Gemi-ni 表面活性剂所形成的峰值.这是因为,对于3-1-3型Gemini 表面活性剂,联结基团长度为一个链节,此时两个带正电荷的头基粒子距离很近,与聚电解质链产生很强的静电作用.增大联结基团的长度,头基间的距离增大导致相互间的静电排斥作用降低,也使得表面活性剂与聚电解质的静电吸引作用减弱.对于疏水性聚电解质链,和亲水聚电解质链类似,峰值大小存在着不同,随着联结基团长度变化峰值变化关系为:3-1-3＞3-2-3＞3-3-3＞3-4-3,但是这种变化很细微,联结基团长度对疏水聚电解质链的影响基本可以忽略.我们研究了Z =0.1,0.2,0.3,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5时,3-s -3Gemini 表面活性剂(s =1,2,3,4)径向分布函数的分布规律.对于疏水性聚电解质链,不管电荷比如何变化,径向分布函数分布规律始终一致,即径向分布函数峰值随联结基团长度的增大而有微量的减小.亲水性聚电解质链则不同,随着电荷比的增大,联结基团长度的影响愈来愈不显著.当Z 达到Z =1.0时,联结基团长度对径向分布函数几乎没有影响,见图11.这是因为随着Gemini 表面活性剂浓度的增加,吸附于聚电解质链上的Gemini 表面活性剂慢慢趋于饱和,当Gemini 表面活性剂与聚电解质链的电荷比接近1:1时达到饱和,径向分布图10Z =0.3时3-s -3型Gemini 表面活性剂头基与聚电解质的径向分布函数Fig.10Radial distribution function of the headgroup of 3-s -3Gemini surfactant with polyelectrolyte at Z =0.3(A)hydrophilic polyelectrolyte;(B)hydrophobic polyelectrolyte.s donates the atomic number of coupling group,s =1,2,3,4.图11Z =1.0时3-s-3型Gemini 表面活性剂头基对聚电解质链的径向分布函数Fig.11Radial distribution function of the headgrup of 3-s -3Gemini surfactant with polyelectrolyte at Z =1.0817Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30函数不会再因为联结基团长度的变化而变化.3.3聚电解质链的构型由Gemini表面活性剂与聚电解质复合物结构的分析可知,复合物形成过程中聚电解质链的构型发生了明显的变化.我们进一步统计聚电解质链的均方回转半径随电荷比Z的变化,以探讨复合物形成过程中聚电解质链构型的改变.从图12中可以看出,对于亲水性聚电解质链,在低电荷比(Z=0.1-0.15之间),均方回转半径变化不大,聚电解质链处于伸展状态.原因是只有少量的Gemini表面活性剂吸附在聚电解质链上,Gemini 表面活性剂头基对聚电解质链的静电屏蔽作用较弱,聚电解质链节间仍然具有较强的静电斥力,使其处于伸展状态,此时形成“瓶刷”结构.当Z增大到0.2时,聚电解质链的均方回转半径突然大幅减小,聚电解质链由伸展变得蜷曲,原因是Gemini表面活性剂对聚电解质链的屏蔽作用使得聚电解质链的链节之间静电斥力减弱,导致聚电解质链塌缩,说明此时Gemini表面活性剂的浓度达到了CAC.继续增大Z,聚电解质链的均方回转半径继续减小,直到Z=0.6时,均方回转半径趋于平坦,此时聚电解质对Gemini表面活性剂的吸附达到饱和.对于疏水性聚电解质链,均方回转半径的变化不存在突变,是一个连续减小达到极限的过程.原因是疏水作用的存在具有对抗链节间静电排斥的作用导致疏水性聚电解质链本身趋向于收缩.加入Gemini表面活性剂后,聚电解质与Gemini表面活性剂离子头基间的静电吸引作用和聚电解质与Gemi-ni表面活性剂尾链间的疏水作用的协同效应使Gemini表面活性剂更容易吸附到聚电解质链上,聚电解质的电荷被表面活性剂头基电荷屏蔽,使得链节间的斥力减弱,加之疏水的聚电解质链本身具有塌缩的趋势,因此在加入Gemini表面活性剂时聚电解质链迅速塌缩.这也是在相同条件下,疏水性聚电解质链均方回转半径低于亲水聚电解质链均方回转半径的原因.通过观察均方回转半径就可以明确确定CAC 的范围,例如本文模拟的系统,亲水性聚电解质链的CAC在电荷比Z=0.15-0.2之间.这与通过Gemini 表面活性剂与聚电解质链径向分布函数判断CAC 的范围是一致的.3.4聚电解质链电荷密度的影响长程静电作用在聚电解质与带相反电荷的Gemini表面活性剂之间的相互作用中占据重要地位,聚电解质链的电荷密度对此必然有重要影响.前面模拟的聚电解质每个链节带有-1个电荷,本节我们进一步考察电荷密度D c(聚电解质链链节所带电荷的绝对值)对吸附过程的影响.图13A是亲水性聚电解质链链节带电荷分别为-0.5(D c=0.5)和-1.0(D c=1.0)时复合物的电荷比Z c(复合物中的图12聚电解质链的<R g2>随电荷比的变化Fig.12<R g2>of polyelectrolyte with differentchargeratios图13复合物的电荷比(Z c)随系统电荷比(Z)的变化Fig.13Changes of complex charge ratio(Z c)withdifferent system charge ratio(Z)(A)hydrophilic polyelectrolyte;(B)hydrophobic polyelectrolyte.D c:charge density of polyelectrolyte818。