時間：2023-06-01 09:49:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇表面活性劑論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：綠色，環(huán)保，無磷，洗衣粉
0引言
隨著人們生活水平的提高，對洗衣粉的需求量也在逐年的增加。然而，當(dāng)生活中大量的含磷污水被排放到水中，很容易造成水體“富營養(yǎng)化”，破壞水體中生態(tài)系統(tǒng)原有平衡[1-3]。與此同時，人們對環(huán)境越來越關(guān)注，環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對綠色環(huán)保產(chǎn)品的需求也越來越大，綠色產(chǎn)品也越來越受到人們的重視。隨著全國禁磷、限磷區(qū)域的擴(kuò)大，無磷洗衣粉的產(chǎn)量也在不斷地增長。免費論文參考網(wǎng)。但是目前市場上的無磷洗衣粉絕大部分是基于4A沸石體系的，與三聚磷酸鈉(STPP)相比，許多代磷助劑在軟化硬水、分散、乳化、膠溶和緩沖能力方面都有明顯的不足，并不能真正起到代替STPP生產(chǎn)高質(zhì)量的無磷粉的目的。 因此，研制和開發(fā)一種無磷洗衣粉是相當(dāng)有環(huán)保意義和經(jīng)濟(jì)價值。
目前已有報道[4-5]，以烷基糖苷(alkylpolyglycoside，簡稱APG)作為表面活性劑合成洗衣粉。在洗衣粉中，使用APG代替AEO或部分LAS具有極高的表面活性、良好的去污效果和生物降解性，同時具有柔軟、抗靜電及防縮功能。烷基糖苷兼具陰離子和非離子表面活性劑的特性，表面張力低，在硬水中使用仍具有優(yōu)良的去污力，而且對皮膚粘膜極低的刺激性、無毒性、與其他表面活性劑的良好配伍性及較強(qiáng)的廣譜抗菌活性、可與任何類型表面活性劑復(fù)配，協(xié)同效應(yīng)明顯等性能特點[6-8]，可廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，被稱作是新一代綠色表面活性劑。
1 實驗部分
1.1 實驗材料與儀器
1.1.1 實驗材料
烷基糖苷（APG）、14-烷基二甲基甜菜堿、月桂醇聚氧乙烯醚（AEO-9）、脂肪醇聚乙烯醚硫酸鈉（AES）、RL-堿性蛋白酶、香料、熒光增白劑（RBS）等均為工業(yè)品；硫酸鈉、碳酸鈉、過碳酸鈉、硅酸鈉、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）等均為分析純；精制玉米淀粉為市售。
1.1.2 實驗儀器
1.2 實驗方案
1.2.1 實驗方案一
采用正交實驗法選擇出與APG表面活性劑復(fù)配效果最佳的表面活性劑。
1.2.2 實驗方案二
經(jīng)過實驗方案一可以選出與APG復(fù)配效果最佳一種表面活性劑。進(jìn)一步對配方比例進(jìn)行優(yōu)化：分別以APG和該表面活性劑的比例為：1:1、2:1、2:3、3:2，做五次實驗：（其它配料的百分比仍不變）。
1.3 實驗步驟
按照每一組實驗方案中表面活性劑的比例，用電子天平分別稱量出APG和甜菜堿，再稱量出相應(yīng)的羧甲基纖維素鈉，將三種配料放入約500毫升的燒杯里混合并攪拌均勻。分別按比例稱量出其他固體配料（除香料、熒光增白劑、RL—堿性蛋白酶），同樣放入一個500毫升的燒杯里混合并攪拌均勻。免費論文參考網(wǎng)。等以上兩燒杯里中配料都攪拌均勻后，將固體后者加入前一燒杯里混合并攪拌均勻。攪拌均勻后，在不超過30度左右的室溫下將其適當(dāng)干燥。等干燥后再加入適量的RL-堿性蛋白酶、香料、熒光增白劑，然后再混合并攪拌均勻。
2 結(jié)果與討論
2.1 正交試驗
2.1.1 正交試驗安排
按1.2.1實驗方案Ⅰ安排設(shè)計L9（33）正交試驗，因素水平表見表1。免費論文參考網(wǎng)。
表1 因素水平表
論文摘要:系統(tǒng)介紹了復(fù)合柴油的作用機(jī)理、研究配制及應(yīng)用發(fā)展。
1
概述
復(fù)合柴油是將水和柴油通過復(fù)合劑和復(fù)合設(shè)備復(fù)合形成的油包水(W/O)型乳液。早在100多年前，就已有人摻水使用柴油，但是因為那時的柴油摻水技術(shù)水平較低，收益不夠明顯以及石油危機(jī)尚未突出等原因，而使柴油摻水技術(shù)處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)。50年代末，由于環(huán)境保護(hù)需要以及石油危機(jī)等原因，柴油摻水應(yīng)用技術(shù)才獲得重視。到了70年代，柴油摻水技術(shù)進(jìn)入到實用性的發(fā)展階段。美國、前蘇聯(lián)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家競相把柴油摻水技術(shù)列為國家重點開發(fā)研究項目，對摻水復(fù)合柴油的復(fù)合手段、復(fù)合工藝、復(fù)合裝置、表面活性劑、復(fù)合機(jī)理及其燃燒動力學(xué)和對內(nèi)燃機(jī)的磨損腐蝕以及規(guī)格化、商品化等多方面都進(jìn)行了大量的實驗和深入研究。大量的研究表明:油水混合燃料能極大地改善排放污染，節(jié)省燃油。同時，柴油摻水復(fù)合燃料對內(nèi)燃機(jī)不但沒有腐蝕和增加磨損的問題，反而能起到清洗劑的作用，可以降低內(nèi)燃機(jī)維修費用。目前，世界各國研究燃油摻水技術(shù)的專業(yè)機(jī)構(gòu)空前增加，專利文獻(xiàn)和學(xué)術(shù)論文如雨后春筍般地涌現(xiàn)。在日本、美國、德國等，柴油復(fù)合劑早已作為商品銷售，現(xiàn)已開發(fā)出第三代或第四代產(chǎn)品。日本專營復(fù)合油的薩米特公司推出的H一106 ， H一107復(fù)合劑產(chǎn)品，銷往東南亞各國。縱觀柴油摻水技術(shù)的過去和現(xiàn)在，它已顯示出了強(qiáng)大的生命力。
2復(fù)合柴油的節(jié)能、降污原理及復(fù)合機(jī)理
2.1復(fù)合柴油節(jié)能、降污原理
2.1.1“微爆”效應(yīng)(二次霧化)
目前，國內(nèi)外大多數(shù)專家認(rèn)為復(fù)合柴油的節(jié)能是由于乳液內(nèi)部的微小水珠的“微爆”效應(yīng)引起的或稱二次霧化。微爆是在高溫環(huán)境下，由兩種或多種有不同揮發(fā)性的液體的汽化引起的。由于液體的擴(kuò)散速度是有限的，穩(wěn)定性差的液體就會覆蓋在表面，從而導(dǎo)致液滴迅速升溫。一旦溫度達(dá)到某個組分的過熱極限，微爆就會伴隨連續(xù)產(chǎn)生并變大的泡核而發(fā)生。微爆的作用是提高油滴的表面活化能。復(fù)合柴油為油包水(W/0 )型乳液，外相為柴油，內(nèi)相為水。由于油的沸點比水高，所以受熱時水總是先達(dá)到沸點而沸騰或蒸發(fā)。當(dāng)油滴內(nèi)部的壓力超過油的表面張力和環(huán)境壓力之和時，水汽將沖破油膜的阻力而使油滴爆炸，形成更細(xì)小的油滴。爆炸后的油滴更細(xì)小，因此燃燒更完全，從而達(dá)到節(jié)能效果。
2.1.2化學(xué)效應(yīng)
有文獻(xiàn)對復(fù)合油的燃燒化學(xué)進(jìn)行了研究，提出了水煤氣反應(yīng)的重要性，燃料中由于高溫裂解產(chǎn)生的碳粒子，能與水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2，使碳粒子能充分燃燒，提高了燃燒效率，降低了排煙中的煙塵含量。復(fù)合柴油在柴油機(jī)燃燒室高溫高壓條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于復(fù)合油中水的存在，促使產(chǎn)生了許多OH"基團(tuán)，使得消除積炭的反應(yīng)()速度加快，從而達(dá)到降污的目的。有文獻(xiàn)提出了其他一些用于解釋復(fù)合油節(jié)能降污的觀點，例如摻混效應(yīng)、汽提效應(yīng)、改善燃料與空氣的混合比例減少過剩空氣系數(shù)以大幅度降低氮氧化物()的產(chǎn)生等。
2.2柴油復(fù)合機(jī)理
復(fù)合柴油是由普通柴油、水、表面活性劑、助表面活性劑組成。柴油和水是兩相互不相溶的體系，作為油包水的乳液，水是分散相，為使水的微小液滴在兩相交流中足夠穩(wěn)定，須使用表面活性劑。柴油復(fù)合劑能使乳液穩(wěn)定的因素有二:其一，降低了油一水界面張力，即降低了吉布斯函數(shù)，有利于乳液的穩(wěn)定存在;其二，柴油復(fù)合劑的分子在界面處作定向吸附，生成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的薄膜，阻止分散相液滴的合并聚集。由于乳液中液滴分子作不停頓的布朗運動，頻繁地相互碰撞，如果界面膜的強(qiáng)度較小，在碰撞中界面膜容易破裂成液滴合并。因此，柴油復(fù)合劑需要二種或二種以上的表面活性劑復(fù)配而成，這種復(fù)配的柴油復(fù)合劑所形成的界面膜有較高的膜彈性，所形成的乳液也比較穩(wěn)定。目前柴油復(fù)合劑的配方根據(jù)其結(jié)構(gòu)大致分為五種類型:①陰離子型有烷基磺酸鹽類、烷基苯磺酸鹽類、烷基蔡磺酸鹽類、脂肪酸皂類、烷基醋墟泊酸磺酸鹽類等;②陽離子型有簡單胺鹽類、季胺鹽類等;③非離子型有脂類，如脂肪酸聚氧乙烯醋、脂肪酸山梨醇醋;醚類，如脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基苯酚聚氧乙烯醚，脂肪醇山梨醇脂聚氧乙烯醚;酞胺類，如烷基醇酞胺等;$兩型離子型有梭酸類、硫酸類、磺酸類等;④高分子型有天然水溶性膠類、淀粉衍生物類、纖維素類、合成水溶性高分子類等。
3復(fù)合柴油的配制及性能
3.1復(fù)合劑配方成分的篩選依據(jù)
(1)親油基團(tuán)與油相具有相似結(jié)構(gòu)的復(fù)合劑復(fù)合效果好。根據(jù)相似相溶原理，要求復(fù)合劑的憎水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和油的結(jié)構(gòu)越相似越好。結(jié)構(gòu)與柴油越相似，界面上的吸附作用也就越強(qiáng)，這樣就能既可使油水界面張力降低得多，又能使界面膜的強(qiáng)度大，因而穩(wěn)定性就好。根據(jù)多種活性劑的性能試驗篩選最終選擇了與柴油的主要成分有相似分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)酸和復(fù)合劑且。
(2)混合復(fù)合劑的效果往往比單一復(fù)合劑效果好。為了形成穩(wěn)定的復(fù)合液，要求復(fù)合劑不僅能大量降低水的表面張力，而且能在油水界面形成堅固的保護(hù)膜。有些物質(zhì)的表面活性大，能大量降低水的表面張力;有些物質(zhì)表面活性雖然較差，但能在水微粒周圍形成堅固的保護(hù)膜。選擇具有相似分子結(jié)構(gòu)的這兩類表面活性劑，把它們組合起來，就可以取長補(bǔ)短，達(dá)到更好的復(fù)合效果。因此，使用一種以上的表面活性劑加助劑制備的微乳液，比用單一表面活性劑加助劑制備的微乳液更穩(wěn)定。因此采用了使用混合表面活性劑加助劑進(jìn)行復(fù)合配方設(shè)計。
(3)輔助表面活性劑是微乳液形成的一個不可缺少的組分。一般乳狀液的形成主要是由于復(fù)合劑在油/水界面的吸附，形成堅韌的保護(hù)膜，同時降低界面張力，使油(或水)較易分散。但無論如何仍有界面，從而有界面張力的存在，故此種體系是不穩(wěn)定的。若再加人一定量的極性有機(jī)物，可將界面張力降至不可測量的程度;此后即形成穩(wěn)定的微乳液。輔助表面活性劑是微乳液形成一個不可缺少的組分，它除了能降低界面張力外，還能增強(qiáng)界面膜的流動性，使界面膜的彎曲更加容易，有利于微乳液的形成。
3.2復(fù)合劑配方的篩選
雖然有以上這些理論依據(jù)，但關(guān)于復(fù)合劑中各種組分的具體確定，目前還沒有成熟完整的理論模式來測算指導(dǎo)，必須靠經(jīng)驗積累和試驗實踐來確定每種組分的實際復(fù)合效果。因此，進(jìn)行深人細(xì)致的實驗選擇尤為必要。
3.2.1實驗試劑
①主復(fù)合劑工:由有機(jī)酸(酸值為123.3KOHmg/g)和堿溶液反應(yīng)制成。
②復(fù)合劑n:非離子表面活性劑，上海大眾藥業(yè)有限公司，粘度:1 000一1 400mm2/s;
③助表面活性劑:醇類，濟(jì)南化工二廠，純度98 %。
3.2.2實驗步驟
通過大量的配制試驗，考察了各種組分的復(fù)合效果，從而最終找到了合適的復(fù)合劑配方。所找到的復(fù)合劑配方中陰離子型表面活性劑的比例占絕大多數(shù)，而非離子型表面活性劑僅占8%左右，這就使所配制的復(fù)合柴油成本大大降低。
①配制復(fù)合劑的小樣。向錐形瓶中加人5lg有機(jī)酸，再加人8.5g堿溶液，振蕩15 min，待反應(yīng)完畢后，加人6g復(fù)合劑II ，3g助劑，蓋上塞子，然后采用手搖振蕩的方法使錐形瓶內(nèi)各種物質(zhì)完全混合均勻。在室溫下靜置，待泡沫消失，即得到復(fù)合劑。
②配制該復(fù)合劑的擴(kuò)大樣。向錐形瓶中依次加人510g有機(jī)酸，85g堿溶液及60g復(fù)合劑II ， 30g助劑，然后按上述方法配制，得到復(fù)合劑的擴(kuò)大樣。將錐形瓶內(nèi)的復(fù)合劑靜置一段時間，待液面上的泡沫完全消失后，且再用手振蕩錐形瓶也無泡沫產(chǎn)生為止飛這大概需要3h左右。此時用手觸摸錐形瓶壁已冷卻至室溫，待用。
3.2.3實驗現(xiàn)象
①在加人堿溶液的過程中，發(fā)現(xiàn)溶液液面上會產(chǎn)生泡沫。
②在振蕩錐形瓶的過程中，感覺到瓶壁是熱的。
③在振蕩過程中，液面上有白色泡沫產(chǎn)生，并隨復(fù)合劑量增加，泡沫層變厚。
3.2.4實驗結(jié)果
由上述實驗步驟得到含有機(jī)酸74 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，含堿溶液12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，含復(fù)合劑11為9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，含助劑5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的復(fù)合劑。該劑為完全透明的棕色油狀液體，無特殊不良?xì)馕叮€(wěn)定性好，自配制起至今(半年多)無任何變化。
3.3復(fù)合柴油的配制
本此使用上面的復(fù)合劑配方來配制微復(fù)合柴油，在相同的實驗室條件下，分別進(jìn)行了復(fù)合柴油配制的小樣試驗和擴(kuò)大試驗。
3.3.1試驗
配制方式用天平分別稱取一定量的水、劑、油(0#柴油)按一定順序加人到燒杯中，攪拌一段時間后，靜置，觀察到體系為透明的均相液體后，繼續(xù)加人一滴劑，重復(fù)上述操作，直至體系出現(xiàn)渾濁為止。然后取體系出現(xiàn)渾濁的前一滴加劑量作為該微乳油的最終加劑量，重新按上述步驟配制乳油。從剛剛配制的乳油樣中取出一部分，倒人250m1帶磨口塞的錐形瓶中，保存起來，觀察其穩(wěn)定性如何。
2配制結(jié)果
3結(jié)果分析
①從表2可以看出:在水占6%一20 %、復(fù)合劑占10%一21%時，均可形成乳油。特別是其中的油樣1、油樣2、油樣3及油樣4和油樣6不但形成乳油的速度快，而且形成的乳油透明度高、穩(wěn)定性好。
②試驗證明:在小樣試驗中所配制的復(fù)合劑，進(jìn)行擴(kuò)大試驗后，仍能實現(xiàn)對柴油的復(fù)合，這表明該劑的復(fù)合能力沒有改變。而且在小樣試驗中可以配成復(fù)合柴油的水、油、劑之配比，在擴(kuò)大試驗中同樣可以配成乳油。
3.3.4復(fù)合哭油指標(biāo)(以4號樣為例)
4我國復(fù)合柴油的發(fā)展現(xiàn)狀及研究方向
我國柴油復(fù)合技術(shù)研究起步較晚，最近幾年發(fā)展迅速，已開發(fā)出許多較好的復(fù)合劑配方并研究了復(fù)合復(fù)合劑的親水一親油值(H LB值)等性質(zhì)，和國外技術(shù)相比，沒有合成反應(yīng)，均采用多種表面活性劑復(fù)配而成，只是在復(fù)合劑的配方組成上略有差別。這些柴油復(fù)合劑配方組成的共同特點是:
1)以非離子表面活性劑為主體的高效復(fù)合劑達(dá)80%左右。此非離子表面活性劑的親水基團(tuán)為聚氧乙烯()。即一般所說的EO鏈。其醚氧可與金屬催化劑絡(luò)合，提高催化劑活性。
2)低沸點易燃有機(jī)物，如丙酮、甲苯、硝酸乙酷、正己烷等。其目的在于降低點火溫度，便于內(nèi)燃機(jī)起動。
【論文摘要】：微生物提高石油采收率（MEOR)是目前國內(nèi)外發(fā)展迅速的一項提高原油采收率的技術(shù)，它不僅可采出地下流動的原油，也可采出不流動的原油，并能使枯竭井延長生產(chǎn)壽命。
在世界范圍內(nèi)，用常規(guī)采油技術(shù)只能從地下油藏采出30%～40%的原油。如何提高采收率，從地下采出更多的原油，多年來一直是世界許多國家不斷研究的重要課題。微生物提高石油采收率（MEOR)是目前國內(nèi)外發(fā)展迅速的一項提高原油采收率的技術(shù)，它不僅可采出地下流動的原油，也可采出不流動的原油，并能使枯竭井延長生產(chǎn)壽命。
1微生物提高石油采收率（MEOR）方法概述
MEOR是指利用微生物提高采收率的各種技術(shù)的總稱。凡是與微生物有關(guān)的采油技術(shù)均屬于MEOR。國內(nèi)外微生物提高采收率方式大致有兩種。一類是地面法，在地面建立發(fā)酵反應(yīng)罐，為微生物提供必須的營養(yǎng)物質(zhì)，通過微生物代謝作用產(chǎn)生生物產(chǎn)物(主要是生物表面活性劑和生物聚合物)，將生物產(chǎn)物注入地層從而達(dá)到提高采收率的目的。另一類是地下法(油層法) ，指直接將微生物注入到油層，使其在油層中產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，只要供給微生物足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)速度就會大于被微生物降解的速度。
2微生物提高石油采收率（MEOR）方法的特點
⑴微生物以水為生長介質(zhì)，以質(zhì)量較次的糖蜜作為營養(yǎng)，實施方便，可從注水管線或油套環(huán)形空間將菌液直接注入地層，不需對管線進(jìn)行改造和添加專用注入設(shè)備；
⑵由于微生物在油藏中可隨地下流體自主移動，作用范圍比聚合物驅(qū)大，注入井后不必加壓，不損傷油層，無污染，提高采收率顯著。
⑶ 以吞吐方式可對單井進(jìn)行微生物處理，解決邊遠(yuǎn)井、枯竭井的生產(chǎn)問題，提高孤立井產(chǎn)量和邊遠(yuǎn)油田采收率；
⑷微生物可解決油井生產(chǎn)中多種問題，如降粘、防蠟、解堵、調(diào)剖，最后提高采收率的代謝產(chǎn)物在油層內(nèi)產(chǎn)生，利用率高，且易于生物降解，具有良好的生態(tài)特性。
3 MEOR的作用機(jī)理
微生物采油是將地面分離培養(yǎng)的微生物菌液注入油層，或單獨注入營養(yǎng)液激活油層內(nèi)微生物，使其在油層內(nèi)生長繁殖，產(chǎn)生有利于提高采收率的代謝產(chǎn)物，以提高油田采收率的方法。其作用機(jī)理主要是：
（1）微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生各種氣體，如CH4、CO2、N2、H2等，這些氣體可增加油層壓力，降低原油粘度。
（2）微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生有機(jī)酸類、醇類、酮類等有機(jī)溶劑，其中有機(jī)酸類能使碳酸鹽地層溶蝕而增加其滲透性，醇類、酮類可降低表面張力和油水界面張力，促進(jìn)原油的乳化。
（3）微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生生物聚合物，這些生物聚合物能調(diào)整注水油層的吸水剖面，控制高滲地帶的流度比，改善地層滲透率。
（4）微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生分解酶，它能裂解重質(zhì)烴類和石蠟組分。重質(zhì)烴類裂解后，能降低原油粘度，從而改善原油在地層中的流動性能；石蠟組分裂解后，可減少石蠟在井眼附近的沉積，降低地層原油的流動阻力。
（5）微生物在地下發(fā)酵過程中產(chǎn)生生物表面活性劑，它能降低油水界面張力并乳化原油，從而提高石油采收率。微生物可產(chǎn)生多種表面活性劑，包括陽離子表面活性劑（如羧酸和某些脂類）及某些中性脂類表面活性劑等。表面活性劑除了能降低油水界面張力和乳化原油外，還能通過改變油層巖石界面的潤濕性來改變巖石對原油的相對滲透性，有些表面活性劑還能降低重油的粘度，所有這些作用都有利于提高石油采收率。
4MEOR菌種的篩擇和營養(yǎng)液的配制
4.1菌種的篩擇
菌種篩選是微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵。菌種篩選主要向兩方面發(fā)展，一是提高菌種耐溫性，以適合更廣的油藏范圍；二是提供部分無機(jī)營養(yǎng)物，希望以原油為碳源，降低注入營養(yǎng)成本。
微生物采油技術(shù)采用的細(xì)菌按來源可以分為兩類：一是天然細(xì)菌，以油田環(huán)境為主，包括油田污水、采出油泥沙、地下巖心、長期被原油污染的土壤，淺海油井附近的水和土壤等。主要目的是利用它們某些方面的特性，如嗜鹽性、耐溫性等。另外，由于內(nèi)源微生物驅(qū)油直接應(yīng)用地層中的細(xì)菌，菌種類復(fù)雜，屬于一種獨立的選擇方式。二是人工培植的工程細(xì)菌，可以通過紫外線照射、全DNA轉(zhuǎn)化、添加生長因子、反復(fù)馴化等手段，提高天然細(xì)菌在某一方面的特性，如耐高溫、耐鹽性、富產(chǎn)表面活性劑、富產(chǎn)氣體等，從而培養(yǎng)出新的細(xì)菌。用于MEOR的微生物可以是好氧菌、厭氧菌，也可以是兼性厭氧菌。在MEOR實施的過程中，可以單獨使用某一菌種，但為了發(fā)揮微生物的協(xié)同作用，更多的是使用配伍性較好的混合菌種。在選擇的過程中應(yīng)遵循的原則必須適應(yīng)油藏的環(huán)境條件。
4.2菌種篩選的原則與要求:
⑴厭氧條件下能夠生存并以原油為營養(yǎng)物；
⑵能夠降解石蠟或者大分子烷烴及其它有機(jī)物質(zhì)；
⑶能產(chǎn)生氣體(氫氣、甲烷等)；
⑷能產(chǎn)生生物表面活性劑；
⑸能產(chǎn)生有機(jī)溶劑(甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等)；
⑹能產(chǎn)生有機(jī)酸(甲酸、乙酸、丙酸、乳酸等)；
⑺極限溫度低于120℃；
⑻極限礦化度低于150000mgL。
4.3營養(yǎng)液的配制
在MEOR中，營養(yǎng)液的配制主要根據(jù)選用的菌種、地層條件和工程的目的來確定。 菌種不同， 通常所需要的營養(yǎng)物質(zhì)也不一樣， 微生物一般都需要含磷化合物、含氮化合物、含碳化合物、硫、各種微量金屬元素、氫等地層中可能缺乏這些營養(yǎng)物質(zhì)中的一種或幾種。因此， 營養(yǎng)液的組分主要包括地層中缺乏的營養(yǎng)物質(zhì)。
5結(jié)語
微生物強(qiáng)化采油(MEOR)技術(shù)能夠較顯著地提高重油的采收率，是一項具有良好發(fā)展前景的三次采油技術(shù)。與其它三次采油技術(shù)相比，微生物采油技術(shù)具有適用范圍廣、工藝簡單、經(jīng)濟(jì)效益好、無污染等特點更能滿足環(huán)保的要求。該技術(shù)對提高稠油采收率將起到重要作用。
參考文獻(xiàn)
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攝影師厄尼?巴頓受妻子喜愛威士忌的啟發(fā)，開始拍攝各種威士忌樣品――值得注意的是，酒蒸發(fā)后在玻璃杯底部形成的圖案錯綜復(fù)雜，令人迷惑。他用不同顏色的光來突顯這些圖案。一段時間后，他發(fā)現(xiàn)只有某些威士忌會留下那些表明跡象的環(huán)形圖案（陳年威士忌、美國或愛爾蘭威士忌）。于是他聯(lián)系了普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家霍華德?司頓，調(diào)查這種現(xiàn)象為什么會發(fā)生。
你可能注意過那些馬虎的客人忘記用杯墊時在你的咖啡桌上留下的不均勻的污漬。這就是所謂的“咖啡環(huán)效應(yīng)”：當(dāng)一滴液體蒸發(fā)，液體之前溶解過的顆粒物質(zhì)會留下一個環(huán)形圖案。若是咖啡，之前溶解的顆粒物便是咖啡渣。環(huán)形圖案的形成是因為液體的邊緣比中心蒸發(fā)更快。于是，在中心的剩余液體將向外流動到邊緣，以填補(bǔ)空白，拖動如咖啡渣一樣的顆粒隨著它移動。
威士忌是一種所謂的“二元液體”，它大約有60%的水和40%的乙醇。科學(xué)家已經(jīng)知曉，將水和酒精混合可以減少咖啡環(huán)效應(yīng)，但這通常只對很小的液滴才起作用。
威士忌不同，巴頓的照片顯示，你可以從更大的威士忌酒滴中得到均勻的痕跡。咖啡環(huán)邊緣的顏色比中間深，而威士忌在玻璃杯底部干燥后形成復(fù)雜的脊?fàn)顖D形。
司頓和他的同事進(jìn)行了多次實驗，發(fā)現(xiàn)有兩種分子在這里起作用：一種是表面活性劑，另一種屬于聚合物，使顆粒吸附在表面而不是隨著液體流動。正如邁克爾?斯格博指出的物理重點：
當(dāng)一滴液體蒸發(fā)，表面活性劑就聚集到邊緣，形成一個張力梯度，將液體向內(nèi)拉動（所謂的馬朗戈尼效應(yīng)）。此外，植物衍生的聚合物沾到玻璃杯上，促使顆粒物通向底層，使其緊貼底層。為了證實這一描述，研究人員表明，缺乏任何聚合物或表面活性劑的威士忌樣的液體沒有產(chǎn)生均勻的痕跡。
“酒淚”現(xiàn)象的背后也有馬朗戈尼效應(yīng)――靠近玻璃杯頂部，即酒的表面以上，形成一個透明液體環(huán)。
司頓的研究小組在2014年物理學(xué)會議上匯報了他們的初步研究成果，“但我們花了不少時間來完成詳細(xì)的測量、編寫及出版報告并保證它通過審查”。司頓承認(rèn)，他們不能夠識別威士忌里與這些表面活性劑和聚合物效應(yīng)相關(guān)的確切成分――威士忌的化學(xué)成分是相當(dāng)復(fù)雜的――但他們確實發(fā)現(xiàn)了一些可疑成分。
有一些對這項功能的實際應(yīng)用，即提高應(yīng)用于各種工業(yè)的涂層均勻性，如3D 打印機(jī)。它使用的是一種被稱為液體沉積的技術(shù)，用于打印過程中層層堆積。
論文摘要：就目前中國對油田化學(xué)的定義來看，油田化學(xué)主要是指在石油勘探、鉆取、運輸?shù)冗^程中所使用的化學(xué)方法和各種化學(xué)藥劑，其中大多數(shù)藥劑類屬于精細(xì)的化學(xué)工藝產(chǎn)品。本文就將從油田化學(xué)的關(guān)鍵步驟入手，詳細(xì)的介紹相關(guān)油田化學(xué)藥劑在油田化學(xué)中的應(yīng)用，同時也會簡單的闡述油田化學(xué)產(chǎn)品的大致發(fā)展方向及前景。
油田化學(xué)是研究油田勘探、采集、鉆井和原油運輸過程中相關(guān)化學(xué)問題的科學(xué)，也是石油科學(xué)中最早發(fā)展的一門學(xué)科，是由采油化學(xué)、鉆井化學(xué)和集輸化學(xué)三部分組成，由這些組成部分就組成了油田化學(xué)的研究目標(biāo)和方向。勘探、鉆井、采油和原油集輸雖然是不同的過程，但它們是相互聯(lián)系的，所以油田化學(xué)的幾個組成部分雖然都自己各自的發(fā)展方向，但是它們都是相互關(guān)聯(lián)的。油田化學(xué)品在油田勘探、鉆井、原油集輸?shù)倪^程占有絕對重要的地位，所以在油田化學(xué)發(fā)展的過程中，為了更好地更順利地勘采石油，油田化學(xué)品的發(fā)展應(yīng)是重中之重。
一、油田化學(xué)在各方面中的應(yīng)用
1.鉆井方面
在一般油田鉆井的過程中鉆進(jìn)液的使用是最重要的，它是指在油田鉆井過程中的以其能夠滿足鉆井工作的需求的一切循環(huán)流體的總稱。其中鉆井液有攜帶和懸浮巖屑、沖洗井底（鉆井液在鉆頭水眼處形成高速液流，可將鉆井液與地層壓力差壓持在井底的巖屑沖起，起到快速清洗井底作用。）、穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力（在鉆進(jìn)過程中通過不斷調(diào)節(jié)鉆井液密度，使液柱壓力能夠平衡地層壓力，防止井塌和井噴等井下復(fù)雜情況發(fā)生。）、冷卻和鉆頭、鉆具、傳遞水動力（鉆井液在鉆頭噴嘴處以極高流速沖擊井底，提高了鉆井速度和破巖效率。高壓噴射鉆井利用該原理，使高泵壓主要分布在鉆頭處，提高射流對井底的沖擊力和鉆井速度。）、獲取井下信息等這么一些功能。在整個應(yīng)用過程中，對鉆井液也有很多相關(guān)的要求，首先應(yīng)與所鉆遇油氣層相配伍，滿足保護(hù)油氣層要求，有利于獲取良好的巖樣、巖芯和電測資料；其次鉆井液應(yīng)具有較好的抗溫、抗鹽、抗鈣鎂能力；接著鉆井液應(yīng)環(huán)保，減少對鉆井人員及環(huán)境污染傷害；最后鉆井液應(yīng)具有良好的緩蝕防腐作用，減少對井下工具及地面裝備的腐蝕。
2.采油方面
在采油過程中，最常使用的是表面活性劑、高分子化合物、酸化及酸液添加劑，其中常用的幾種表面活性劑烷基磺酸鈉（AS）（有磺氯酰化法和磺氧化法兩種方法合成）、烷基苯磺酸鈉（ABS）、Span和Tween型活性劑、聚醚型活性劑—高分子活性劑、多乙烯多胺型活性劑—AE、AP型活性劑，這些活性劑的作用主要是為了能在油田形成吸附界面膜，降低表面張力的物質(zhì)，更好更方便地采集石油。油田采集中的酸化是決定油好壞的最重要的一步，酸化是用酸或潛在酸處理油田層，以恢復(fù)或增加油田層滲透率，實現(xiàn)油田井增產(chǎn)和注水井增注的一種新技術(shù)。酸化的分類主要有酸化分類：按油氣層類型可分為碳酸巖油氣層酸化和砂巖油氣層酸化；按酸化工藝可分為基質(zhì)酸化和壓裂酸化；
按酸液組成和性能可分為常規(guī)酸酸化和緩速酸酸化。基質(zhì)酸化：是指在低于巖石破裂壓力的條件下，將酸液注入油氣層，使之沿徑向滲入油氣層，溶解孔隙及喉道中的堵塞物。壓裂酸化：簡稱酸壓，是在足以壓開油氣層形成裂縫或張開油氣層原有裂縫的壓力下，對油氣層擠酸的一種工藝。常規(guī)酸化：是指直接使用鹽酸處理碳酸鹽巖油氣層或碳酸鹽膠結(jié)的砂巖油氣層和直接使用氫氟酸或土酸處理泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖油氣層。緩速酸酸化：是指用緩速酸處理的油氣層的酸化。緩速酸是指為了延緩酸與油氣層巖石的反應(yīng)速度，增加酸的有效作用距離而配制的酸。目前國內(nèi)外使用的緩速酸主要有：自生酸、稠化酸、乳化酸、泡沫酸和化學(xué)緩速酸等。酸液添加劑主要有緩蝕劑 、鐵離子穩(wěn)定劑、表面活性劑、稠化劑。
3.原油的集輸方面
原油在集輸?shù)眠^程中井壁結(jié)蠟會影響原油的產(chǎn)量，甚至?xí)氯?油井，迫使油井停產(chǎn)。管線結(jié)蠟會使泵壓升高，甚至使原油失去流動性，在管內(nèi)凍結(jié)。決定原油流動性的因素為：粘度、粘度、屈服值（即在一定溫度下，原油停輸后，使原油重新流動所需要的最小壓力（啟動壓力）。改善流動性可采取降粘、防蠟降凝及降低屈服值以及降阻的方法，而防蠟降凝又是改善流動性的關(guān)鍵。）
在地層的溫度和壓力下，蠟一般溶在原油中。隨著油從井筒上升，系統(tǒng)的壓力下降氣體從原油中逸出，并發(fā)生膨脹，吸熱，導(dǎo)致原油溫度降低，同時由于氣體會把原油中的輕組分帶出一部分，使原油的溶蠟?zāi)芰档停灲Y(jié)晶就從原油中析出，造成油管結(jié)蠟。原油與管壁間的溫差造成輸油管道中的結(jié)蠟。在現(xiàn)今油田化學(xué)技術(shù)中主要使用的是防蠟劑，利用防蠟劑的作用，改變石蠟的結(jié)晶形態(tài)。蠟晶改性劑的分子中要有與石蠟分子不同的鏈節(jié)，這種物質(zhì)加入原油中可以改變石蠟結(jié)晶形態(tài)，使蠟不能聚集長大成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不易沉積，而易被油流帶走。
4.水處理方面
油田污水主要是指從原油脫出的含油污水。處理油田污水目的污水一般都含油、鹽、SAa，且水溫高，隨便排放會造成環(huán)境污染，因此，一般采用污水回注。就目前看來，我國處理油田污水的化學(xué)方法主要是：除機(jī)雜方面是用凝聚或者加硫酸鋁、聚合鋁 、鐵鹽等加以沉聚。除油方面主要有自然重力除油（其原理是利用油水密度差，除油效果差，無法達(dá)到除油標(biāo)準(zhǔn)）；斜板分離除油（斜板罐）增加分離設(shè)備工作表面積，縮短油粒上浮距離，提高分高效率“淺池理論”；凝聚與絮凝（混凝除油法）加凝聚劑、絮凝劑使油成絮團(tuán)與水分離而除去。乳化油珠常常帶負(fù)電，加入帶正電的凝聚劑和絮凝劑，通過電中和作用使油珠變大，油珠上浮，達(dá)到除油的目的；
二、油田化學(xué)品的發(fā)展趨勢
1.油田化學(xué)品的納米材料的相關(guān)研究使得鉆井液的膠體更加穩(wěn)定，這種材料的研制也滿足了油田開發(fā)所需的正電離子高和表面積很大的增粘劑的要求，現(xiàn)在的油田中所使用的化學(xué)品由納米的材料制作的主要有：有機(jī)正電膠BPS、正電MMH。
2.鉆井液是油田化學(xué)的重要化學(xué)劑，最早的鉆井液就是從天然的產(chǎn)物改良而來的，所以，現(xiàn)在對既廉價的既實用的改良的天然的聚合物鉆井液的研制仍然顯得非常重要，在實際的應(yīng)用中，具有很潛在的應(yīng)用前景。
3.綜合水溶性聚合物疏水性的研究。該聚合物就是在原來的水溶性聚合物大分子上插入很少的疏水鏈而形成的一種新型聚合物。這種聚合物具有較強(qiáng)的疏水性。當(dāng)聚合物的相關(guān)濃度超過臨界的結(jié)合濃度時，就可以形成結(jié)合為主要結(jié)構(gòu)的超級大分子結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)就讓該聚合物能夠形成很好的增粘效果。
三、總結(jié)
油田化學(xué)的主要功能主要是更好地保證油田中鉆井、原油的采集、污水的處理等方面的運作。本文直接從油田化學(xué)的化學(xué)品方面對油田中相關(guān)的方面的主要作用和效果作了詳細(xì)的論述，解釋了一些油田化學(xué)劑在使用過程中的應(yīng)用原理，最后簡單的概述了現(xiàn)今油田化學(xué)品的發(fā)展趨勢，相信本文對我國油田的發(fā)展有所裨益。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】氨基硅油乳液 乳化泵 分層 共軸乳化釜 乳化劑 均勻混合液體
1 共軸乳化釜生產(chǎn)現(xiàn)存情況
公司在這幾年的生產(chǎn)過程中一直存在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差和單釜產(chǎn)量不能放大問題，主要表現(xiàn)在：1車間生產(chǎn)裝置無法達(dá)到實驗室乳化效果，即無法實現(xiàn)手工攪拌的機(jī)械效果；曾對共軸攪拌進(jìn)行過兩次改進(jìn)，效果有一定改進(jìn)但始終無法達(dá)到預(yù)期效果，為此只能通過配方調(diào)整彌補(bǔ)一定的設(shè)備不足問題，80%以上的高粘度硅油穩(wěn)定性較好，雖然通過增加產(chǎn)品黏度（即降低產(chǎn)品流動性）質(zhì)量穩(wěn)定性提高但隨之帶來廠家化料困難問題，出現(xiàn)需要額外送反應(yīng)釜供客戶化料現(xiàn)象。主要技術(shù)問題在于：如何解決瞬間乳化和快速混合均勻問題，以及解決乳化過程中“雪花膏狀”非流體黏度過程的處理上）2生產(chǎn)裝置不宜放大，1噸不銹鋼共軸攪拌釜進(jìn)行500-700公斤的乳化效果不能用2噸、3噸進(jìn)行取代。在銷售增長情況下出現(xiàn)生產(chǎn)平頸問題，生產(chǎn)時間長而產(chǎn)能小，生產(chǎn)成本高問題。
2 新型氨基硅油乳化工藝2.1 原理
利用合理的乳化劑（表面活性劑）上“疏水基團(tuán)”同氨基硅油形成分子間鍵能結(jié)合原理，通過機(jī)械攪拌、剪切力作用下，將乳化劑均勻分布在硅油分子表面，形成均勻混合液體。在均勻混合體中逐步加入“水”，利用吸附在硅油表面的乳化劑分子上的“親水基團(tuán)”同水結(jié)合，完成逐步形成一個“油包水”體系在經(jīng)過“轉(zhuǎn)相”達(dá)到一個穩(wěn)定的“水包油”體系。
氨基硅油乳化過程中，油珠顆粒大小與外觀的透明度關(guān)系油珠直徑小于0.05μm呈透明“懸浮液”。該透明“懸浮液”油珠的重力、分子間引力、在溫度、外力等影響下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于乳化劑間的結(jié)合鍵能，解決了傳統(tǒng)工藝易分層的問題。
2.2 系統(tǒng)組成
控制系統(tǒng)：利用PLC、變頻器、電磁流量計控制硅油與水的流量，達(dá)到乳化的配比穩(wěn)定誤差小于5%。 硅油與乳化劑混合釜：利用普通搪瓷反應(yīng)釜完成硅油與乳化劑的均勻混合，采取電磁流量計計量以及合理的溫度控制，實現(xiàn)乳化劑與氨基硅油形成分子間鍵能結(jié)合。水槽：利用合適的水槽采取電磁流量計計量以及合理的溫度控制，完成合適的硅油乳化水量控制。轉(zhuǎn)子泵：電機(jī)轉(zhuǎn)速為0～1450r/min；寧波得利時泵業(yè)有限公司。完成硅油原液與乳化劑混合后的物料輸送，常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。離心泵：轉(zhuǎn)速為0～1450r/min；完成硅油乳化用水量的補(bǔ)給，常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。高剪切乳化泵：高剪切乳化泵泵體代替乳化釜實現(xiàn)混合無死角、快速剪切、縮短生產(chǎn)時間，高效制備W/O體系的氨基硅油乳液。電機(jī)轉(zhuǎn)速為0～2900r/min；常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。硅油乳液槽：普通收集槽，保溫控制。
2.3 乳化工藝流程
2.3.1 氨基硅油工藝流程圖，（見圖1）
2.3.2 氨基硅油工藝
3 新舊工藝生產(chǎn)定性對比
（1）共軸乳化釜與高剪切乳化泵裝置之間差異性對比：（見表1）
（2）硅油乳液產(chǎn)能統(tǒng)計對比表：（見表2）。
從設(shè)備結(jié)構(gòu)上可以看出：乳化泵是將原本1-2米直徑的乳化主體轉(zhuǎn)移到25-30厘米泵體內(nèi)乳化，解決瞬間乳化和快速分散混合作用，因其乳化速度取決于泵體處理功率大小，產(chǎn)能放大容易同時解決生產(chǎn)平頸問題（在產(chǎn)量增加情況下，實現(xiàn)連續(xù)流水化作業(yè)）。
4 結(jié)束語
新型的氨基硅油乳化工藝提高產(chǎn)品品質(zhì)與產(chǎn)品性能，解決共軸釜無法實現(xiàn)的乳化質(zhì)量問題，如高粘度硅油易分層問題（目前新工藝已經(jīng)可以做到1個月甚至更長時間不分層）；提高了生產(chǎn)效率，解決反應(yīng)釜物料容量瓶頸，降低產(chǎn)品能耗及相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備投入成本；同時提升了硅油乳化工藝的探索，改變傳統(tǒng)的釜體攪拌乳化的生產(chǎn)模式，從產(chǎn)能、品質(zhì)上了實現(xiàn)了質(zhì)的跨越，體現(xiàn)了小裝置大生產(chǎn)的先進(jìn)性。從本套設(shè)備生產(chǎn)原理上，本裝置可以通過對高速剪切乳化泵速度控制來調(diào)整乳化質(zhì)量（即硅油顆粒度），能夠根據(jù)使用的不同需要提供不同類型硅乳，給新產(chǎn)品研發(fā)提供試驗平臺。該新工藝嘗試，為產(chǎn)品大批量規(guī)模化生產(chǎn)提供了參考經(jīng)驗。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：單磺酸鹽 多磺酸鹽 高效液相色譜 極性萃取 界面張力
中圖分類號：TE357.46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2014）05-0378-02
石油磺酸鹽是油田常用的一種驅(qū)油用表面活性劑，含有活性物、未磺化油、無機(jī)鹽等組分。由于原料油成分復(fù)雜，不同地區(qū)和不同批次的原料油差異也很大，加之磺化劑和磺化條件不同，所得到的磺化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能差異很大，這些不確定因素導(dǎo)致合成出的石油磺酸鹽產(chǎn)品性能不穩(wěn)定[1]。為了便于試驗研究，要對石油磺酸鹽的組分通過極性萃取分離，并通過HLPC進(jìn)行分析[2]。另外，石油磺酸鹽的組成、分子結(jié)構(gòu)、當(dāng)量及當(dāng)量分布等性質(zhì)的分析評價對于開展石油磺酸鹽的理論研究及指導(dǎo)其在三次采油中的應(yīng)用至關(guān)重要。通過對PS中各組分的研究，發(fā)現(xiàn)PS體系中的多磺酸鹽對界面張力、聚合物粘度都有著直接的影響。
一、SLPS中活性物的萃取分離
一般情況下多磺酸鹽的極性最強(qiáng)、雙磺酸鹽次之、單磺酸鹽極性最弱，所以通過極性萃取可以在一定程度上對不同組分的磺酸鹽進(jìn)行分離。通過界面張力測定，可以分析各組分磺酸鹽對界面張力的貢獻(xiàn)。
1.實驗儀器及藥品
2.實驗步驟
稱取100g石油磺酸鹽產(chǎn)品，轉(zhuǎn)入1000ml分液漏斗中，加入750ml50%異丙醇水溶液，混合均勻，用400ml正戊烷，分三次萃取。將上層溶液收集，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、烘干后，稱取未磺化油質(zhì)量。
下層溶液用700ml苯進(jìn)行萃取，第一次用苯300ml、隨后每次用200ml。上層溶液收集后，在80℃旋轉(zhuǎn)真空蒸發(fā)，得到組分a，稱重。苯萃取后的下層溶液，用400ml氯仿分三次萃取，得到組分b，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并烘干，稱重。將氯仿萃取后的溶液蒸干后，溶于750ml 仲丁醇水的飽和溶液中，用450ml蒸餾水分三次萃取，得到組分c，以及剩余組分d，然后分別烘干、稱重。
3.實驗結(jié)果及討論
將極性萃取所得各活性物組分進(jìn)行PLPC分析，檢測其單、雙、多磺酸鹽含量。對活性物峰面積進(jìn)行積分。通過極性萃取法對石油磺酸鹽中的各組分進(jìn)行萃取，隨著萃取劑極性的增加，萃取層單磺酸鹽含量減少，雙磺酸鹽和多磺酸鹽含量增加。最終的萃余層含有大量的雙、多磺酸鹽。未磺化油、苯、氯仿萃取相中磺酸鹽成分十分相似，以單磺酸為主，含有少量的雙磺酸鹽和多磺酸鹽。這部分磺酸鹽具有較高的當(dāng)量和較強(qiáng)的油溶性。可以將這三部分磺酸鹽混合為組分h。
仲丁醇飽和水溶液萃取相中的磺酸鹽以雙磺酸為主，同時含有一定量的低當(dāng)量單磺酸鹽，多磺酸鹽含量較高。萃余相中主要是親水性很強(qiáng)的雙磺酸鹽和多磺酸鹽，單磺酸鹽含量較少。
單、雙、多磺酸鹽的親油性依次減弱，親水性依次增強(qiáng)。對于三次采油而言，不同的油水體系對磺酸鹽的當(dāng)量分布要求不同，一般輕質(zhì)原油需要較低的當(dāng)量分布，而重質(zhì)原油需要當(dāng)量較高的磺酸鹽。注入水礦化度對磺酸鹽也有很大的影響，礦化度越低，需要的磺酸鹽當(dāng)量要求越高。可見，對石油磺酸鹽進(jìn)行極性分離，具有十分重要的意義，可以根據(jù)不同的油水條件對磺酸鹽進(jìn)行選擇和復(fù)配。
二、各組分對界面張力的影響
1.實驗儀器和藥品
2.實驗步驟
將SLPS分離組分h、d、e用勝利油田孤島東區(qū)注入水配制成0.3%濃度的活性水；分別用h、d、e檢測油水界面張力；將h分別與d、e組分復(fù)配，檢測油水界面張力；界面張力測定溫度70℃，轉(zhuǎn)速5000rpm。
3.結(jié)果與討論
單一的組分h具有很強(qiáng)的界面活性，可以將油水界面張力降至超低。而單一的d、e組分都不能有效的降低油水界面張力。在組分h中加入組分d、e，界面張力都會升高，e升高速度快于d。e是仲丁醇飽和水溶液的萃余相，其親水性要強(qiáng)于d，同時雙磺酸鹽和單磺酸鹽含量高于d。從表3中可以看到，對于孤島東區(qū)油水體系親水性強(qiáng)的磺酸鹽組分會在很大程度上導(dǎo)致界面張力的升高。由于e的親水性高于d，其對界面張力的影響更為顯著。
表活劑之所以可以降低油水界面張力是因為表活劑分子可以在油水界面上富集，其親油基進(jìn)入油相親水基進(jìn)入水相，從而加強(qiáng)了油水分子間的相互作用，使界面張力降低。表活劑分子在油水界面上富集，必須具有合適的HLB值和親油基結(jié)構(gòu)[3-5]。SLPS的親油基團(tuán)主要為直鏈或直鏈飽和烴。由于石油結(jié)構(gòu)復(fù)雜和磺化反應(yīng)中副反應(yīng)的存在，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過極性萃取可以按照HLB值的不同在一定程度上將復(fù)雜的磺酸鹽組分進(jìn)行分離，具體到石油磺酸鹽則表現(xiàn)為對不同親油基鏈長和不同磺酸基數(shù)目組分的分離。
三、磺酸鹽各活性組分對聚合物粘度的影響
勝利油田二元復(fù)合驅(qū)，以HPAM 和SLPS復(fù)配。注入液粘度是重要參數(shù)，如果SLPS對其粘度影響太大，則無法發(fā)揮HPAM的調(diào)剖作用，無法有效的擴(kuò)大波及系數(shù)，使驅(qū)油效果降低。
3.1實驗儀器及藥品
2.實驗步驟
將孤島東區(qū)HPAM配制成1800ppm聚合物溶液，室溫老化24h；分別用SLPS組分h、d、e配制成0.3%、0.5%、0.9%三個濃度的溶液；放入70℃恒溫水浴，每間隔24h測一次粘度。
3.結(jié)果與討論
不同組分對HPAM粘度的影響是不同的。組分h對HPAM粘度的影響較小；組分d、e對HPAM的影響較大，粘度下降迅速，并在2d達(dá)到最低值，此后粘度穩(wěn)定在最低值附近。
表活劑分子和HPAM之間存在氫鍵、絡(luò)合、吸附等復(fù)雜的作用[6-9]。在聚合物的水溶液中，HPAM分子量比較大，在溶液的存在狀態(tài)、舒展程度直接影響溶液的整體粘度：偶極水分子通過吸附或者氫鍵在聚合物分子周圍形成溶劑化層或者成為束縛水，同時因為帶電基團(tuán)的靜電斥力而使聚合物分子更加舒展，無規(guī)線團(tuán)的體積增大，這就使得分子運動的內(nèi)摩擦力增大，流動阻力增加，溶液的粘度增加。表觀粘度是直接影響聚合物溶液流度控制作用的指標(biāo)，它取決于聚合物在特定溶劑中的分子尺寸、數(shù)量以及空間結(jié)構(gòu)。加入表面活性劑后，由于兩者之間的相互作用會改變聚合物分子的構(gòu)象，進(jìn)而改變聚合物分子之間、聚合物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦力，導(dǎo)致宏觀溶液粘度的變化[10]。
HPAM之所以能夠提高水溶液的粘度，是因為HPAM高分子鏈在水溶液中舒展，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而阻礙了水分子的運動。HPAM在水溶液中的舒展?fàn)顟B(tài)主要取決于HPAM分子與水分子的氫鍵作用，以及HPAM的分子完整程度。SLPS是陰離子表活劑，其親水基是磺酸銨不會與HPAM形成氫鍵，但是磺酸銨在水中電離出NH4+。HPAM親水基為羧酸銨，加入SLPS后在溶液中引入了大量的NH4+，從而使HPAM親水基的雙電層壓縮，降低其與水分子的作用，從而使HPAM分子伸展程度不足，造成了粘度降低。SLPS中的h、d、e組分分子量依次降低，在加入相同質(zhì)量濃度各組分的情況下，分子量越低引入體系的NH4+也會越多，這樣對HPAM粘度的影響就會更加顯著。
四、結(jié)論
1.利用HPLC可以快速準(zhǔn)確的檢測SLPS中單、雙、多磺酸鹽含量；
2.通過極性萃取可以分別得到富含單磺酸鹽、雙磺酸鹽和多磺酸鹽的活性組分；
3.對孤島東區(qū)油水體系，多磺酸鹽和雙磺酸鹽組分的界面活性差，無法有效降低油水界面張力，并且會在很大程度上影響單磺酸鹽組分的界面活性；
4.對孤島東區(qū)油水體系，多磺酸鹽和雙磺酸鹽會極大的減小HPAM水溶液的粘度。
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[關(guān)鍵詞]涂裝廢水；處理工藝；綜述
[中圖分類號]X5[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-1865(2016)04-0096-02
在科技迅猛發(fā)展的今天，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能有力的拉動一個國家經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展，推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。因此，各國均將汽車產(chǎn)業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一。2013年我國共生產(chǎn)汽車2372.29萬輛，銷售2349.19萬輛，汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展為整個國家經(jīng)濟(jì)的增長提供了強(qiáng)有力的支撐。但是任何事物都是一分為二的，汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也帶來的了一定的負(fù)面影響。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)與能源消耗、環(huán)境污染之間的矛盾也日益突出。目前汽車制造一般分為沖壓、車身、涂裝和裝配工藝四大環(huán)節(jié)，其中涂裝工藝是產(chǎn)生廢水排放最多的工藝。涂裝廢水含有樹脂、表面活性劑、重金屬離子、油、磷酸鹽、油漆、顏料、有機(jī)溶劑等污染物，CODcr值高，若不妥善處理，會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染[1]。如何有效的處理汽車涂裝廢水中的有害物質(zhì)，己經(jīng)成為擺在汽車制造企業(yè)面前的一道重要課題。國內(nèi)外各方也對此給予了高度重視，在工程實踐和科學(xué)研究方面取得了很大的進(jìn)展。本文對汽車涂裝工藝廢水處理研究及實踐進(jìn)展進(jìn)行了綜述。
1涂裝工藝廢水的特點
1.1涂裝廢水的來源
汽車涂裝作為汽車生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，是將拼裝完成的的鋼板車身經(jīng)過一系列化學(xué)防腐處理，最終在整車鋼板基材表面包括內(nèi)腔形成若干層化學(xué)涂層和相關(guān)保護(hù)介質(zhì)，其主要作用是防止車身鋼板腐蝕和美化車身外觀。汽車涂裝工藝流程包括預(yù)處理、電泳涂裝、電泳打磨、PVC材料密封、中涂涂裝、中涂層打磨、色漆涂裝、清漆涂裝、烘烤、整理報交、點修工藝、門檻黑漆、空腔注蠟、總裝返修等，其工藝流程圖如圖1所示[2]。圖1涂裝工藝流程圖Fig.1Processflowchartofpainting涂裝廢水主要來自于車體前處理工序(預(yù)脫脂、脫脂、表調(diào)、磷化、鈍化等)、陰極電泳工序和中涂、噴面漆工序。脫脂劑、磷化劑、表面調(diào)節(jié)劑和磷酸等是汽車涂裝廢水的主要污染物[2]。
1.2廢水成分及特點
廢水中含有的主要有毒、有害物質(zhì)如下[3]：涂裝前處理：亞硝酸鹽、磷酸鹽、乳化油、表面活性劑、Ni2+、Zn2+；底涂：低溶劑陰極電泳漆膜、無鉛陰極電泳漆膜、顏料、粉劑、環(huán)氧樹脂、丁醇、乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙醇胺、聚丁二烯樹脂、二甲基乙醇、油漆等；中涂、面涂：二甲苯、香蕉水等有機(jī)溶劑、漆膜、顏料、粉劑。汽車涂裝廢水有如下特點[4]：廢水種類多、成分復(fù)雜汽車涂裝線排放的廢水種類很多，每一種廢水水質(zhì)(成分濃度)因使用的材料而異；排放無規(guī)律。除部分水洗水連續(xù)溢流排放外，涂裝廢水多為間歇集中排放；水量、水質(zhì)變化幅度的大。由于各種廢水成分、濃度各異，且排放無規(guī)律，造成汽車涂裝線排水水量、水質(zhì)變化很大，且無規(guī)律可循。
2處理技術(shù)及其研究進(jìn)展
目前應(yīng)經(jīng)有多種技術(shù)用于涂裝廢水的綜合處理或是針對某一成分作深化處理，其研究和工程實踐的范圍涉及物理法、化學(xué)法和生物法等多種處理方法。
2.1物化處理方法
物化法一般采用兩級混凝沉淀，通過在廢水中投加混凝劑，是污染物形成大顆粒的團(tuán)聚物，經(jīng)過沉淀、過濾加以去除。物化法原理簡單、投資省、占地少，一般可用于排放要求不高的污水處理工程中。但單獨采用物化處理難以達(dá)到較高的水質(zhì)要求。天津某汽車制造工廠[5]的生產(chǎn)污水處理站選用對于化成廢水單獨進(jìn)行除鎳的預(yù)處理，主體采用一級反應(yīng)-混凝沉淀-二級反應(yīng)-氣浮的物化工藝。經(jīng)監(jiān)測，水質(zhì)可以穩(wěn)定的達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的三級排放標(biāo)準(zhǔn)。磷化廢水中重金屬鎳為國家控制的一類污染物，根據(jù)國家環(huán)保部門規(guī)定，此工廠設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng)，將金屬鎳離子濃度處理到1.0mg/L以下，從而達(dá)到國家的要求。蔡瑩等[1]針對汽車涂裝廢水中含有樹脂、表面活性劑、重金屬離子、油、顏料等污染物，特別是其中成份復(fù)雜，濃度高，可生化性差的電泳廢水、噴漆廢水，采用分質(zhì)處理、混凝沉淀、混凝氣浮、砂濾等工藝對涂裝廢水進(jìn)行處理，取得了良好效果：CODcr去除率大于80%。
2.2生物處理方法
生物處理方法就是用微生物降解水中的有機(jī)物。該方法的優(yōu)點是運行費用低，有機(jī)物的去除率高，處理過程消耗的能量少。但微生物對環(huán)境條件要求較高，處理運行周期較長。江鈴集團(tuán)公司涂裝車間生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的涂裝廢水，廢水中含有乳化油、表面活性劑、水溶性樹脂、顏料、漆料等有毒物質(zhì)。公司于2004年8月投資建成了曝氣生物濾池(BIOFOR)廢水處理設(shè)施，自建成投用以來，運行狀況良好。系統(tǒng)出水各項指標(biāo)達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。整個廢水處理工程具有處理能力強(qiáng)、處理效果好、耐沖擊負(fù)荷、不需二沉池、工藝流程簡單等優(yōu)點。其工藝流程如圖2所示[6]。劉敏等[7]研究了應(yīng)用SBR工藝對涂裝廢水進(jìn)行處理，采用射流曝氣技術(shù)提高了氧的轉(zhuǎn)換效率，同時對運行中的工藝參數(shù)進(jìn)行探討。結(jié)果表明應(yīng)用SBR工藝處理涂裝廢水中的有機(jī)物是十分有效的；射流曝氣技術(shù)在涂裝廢水中的應(yīng)用是成功的。它有效地提高了混合液中溶解氧的濃度，從而提高了有機(jī)物的去除效果，降低了運行成本；生物處理的維護(hù)管理十分重要，生物相的觀察和污泥性能的測試，可以有效指導(dǎo)操作和維護(hù)，是生物處理效果的間接反映。
2.3物化-生化處理法
由于汽車涂裝廢水具有成分復(fù)雜、水量波動大、排放無規(guī)律的特征，當(dāng)采用單一的物化法或生物法處理廢水時，存在出水不穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、處理費用較高等等特點。隨著廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高，物化生化法取代單一處理方法而成為今后汽車涂裝廢水處理的主要方法。該法具有處理效果穩(wěn)定、運行成本低和操作管理方便等特點，能有效地去除汽車涂裝廢水中的污染物，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。合肥某汽車制造廠是生產(chǎn)客車專用底盤和輕型載重汽車的全國汽車行業(yè)重點企業(yè)，其技術(shù)人員在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出強(qiáng)化分質(zhì)預(yù)處理的物化-生化法處理生產(chǎn)廢水的方案，在優(yōu)化汽車生產(chǎn)廢水處理工藝方面進(jìn)行了有益的探索。對含磷廢水和高濃度有機(jī)廢水分別采用石灰法和混凝沉淀-氣浮法進(jìn)行分質(zhì)預(yù)處理。經(jīng)混凝沉淀-生化-過濾工藝處理后，COD≤100mg/L，磷酸鹽(以P計)≤0.5mg/L，可達(dá)標(biāo)排放[8]。楊德敏、夏宏等[9]根據(jù)某汽車公司車架車間生產(chǎn)廢水處理工程的實際情況，本著盡量減少工程投資、降低處理難度和運行成本的原則，最后確定采用預(yù)處理/氣浮/水解酸化/接觸氧化處理工藝，將陽極電泳廢水和面漆廢水分別進(jìn)行預(yù)處理，然后采用氣浮/水解酸化/接觸氧化組合工藝進(jìn)行處理。工程設(shè)計規(guī)模為200m3/d，調(diào)試運行結(jié)果表明，該組合工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運行較穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的一級標(biāo)準(zhǔn)。柳州某汽車制造廠根據(jù)汽車制造涂裝廢水特點，對上述涂裝廢水處理工藝進(jìn)行了整合優(yōu)化，先進(jìn)行分類收集，分類物化預(yù)處理，然后將經(jīng)過預(yù)處理后的涂裝廢水與廠區(qū)生活廢水進(jìn)行混合調(diào)節(jié)，再經(jīng)過生化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理(其工藝流程如圖3所示)。工程設(shè)計規(guī)模為160m3/d，調(diào)試運行結(jié)果表明，該組合工藝預(yù)處理系統(tǒng)與生化系統(tǒng)集中建站，生活廢水為生化系統(tǒng)提供養(yǎng)分，降低了建設(shè)成本與運行成本，且方便運行管理，出水水質(zhì)達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的一級標(biāo)準(zhǔn)。
2.4其它研究進(jìn)展
汽車涂裝廢水成分復(fù)雜，處理涉及面廣。因此，為了更好的對涂裝廢水進(jìn)行處理，除了對傳統(tǒng)物化法、生物法和物化-生物法的研究實踐，還有許多學(xué)者對諸如涂裝廢水除鎳、處理工藝設(shè)備的運行維護(hù)、廢水循環(huán)利用等方面做了大量研究。汽車涂裝廢水含有較高濃度的鎳。汽車涂裝廢水一般采用混凝沉淀加生化的處理工藝，往往會忽略對鎳的處理。而鎳是國家嚴(yán)格控制的一類污染物，含鎳廢水的處理難度又較處理含其它金屬廢水要大得多，研究汽車涂裝廢水中除鎳的工藝參數(shù)，具有現(xiàn)實意義。王春冬[10]等研究了化學(xué)沉淀法處理汽車涂裝廢水中鎳的工藝參數(shù)，為滿足汽車涂裝廢水中鎳的達(dá)標(biāo)排放提供保證。研究表明汽車涂裝廢水中影響鎳質(zhì)量濃度的主要因素是脫脂廢水的變化，pH對漂洗廢水和混合廢水中鎳的處理效果影響顯著，投加氫氧化鈣300mg/L，pH控制在11左右時，鎳的去除率可以達(dá)到90.5%。江大水[11]對如圖4所示的處理工藝進(jìn)行了實踐研究，根據(jù)實際運行，采用本處理工藝進(jìn)行汽車涂裝廢水的處理，以下方面在設(shè)計和控制是比較重要的：水量水質(zhì)調(diào)節(jié)、除油、反應(yīng)條件、石灰除磷、補(bǔ)充營養(yǎng)鹽、采用合適的生化池。本項目自建成以來，運行穩(wěn)定，各項出水指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)。物化段有針對性地對重金屬和磷進(jìn)行了前處理，生化階段主要對COD進(jìn)行處理。晉啟俊[12]等以汽車涂裝車間廢水資源二次利用為主題，探討涂裝車間如何再利用蒸汽和純水附屬產(chǎn)品-冷凝水及濃縮水，來達(dá)到節(jié)水和節(jié)能的目的，從而降低了廢水排放量。冷凝水的再利用包括：再利用至空調(diào)噴淋段、再利用至空調(diào)表冷段，經(jīng)過空調(diào)表冷段二次利用后的蒸汽冷凝水集中回收后送至熱電廠進(jìn)行再次利用。附近沒有熱電廠的可以將蒸汽冷凝水回收后利用泵對辦公樓進(jìn)行供暖，減少生活樓空調(diào)使用的消耗；濃縮水含有較高無機(jī)鹽分，經(jīng)過驗證和實際經(jīng)驗證明濃縮水可以直接應(yīng)用到汽車涂裝生產(chǎn)線的噴漆室進(jìn)行再利用，如：噴漆室晾干間、廢漆處理循環(huán)水系統(tǒng)及工位和廠房供風(fēng)空調(diào)噴淋段、衛(wèi)生間等。
3結(jié)論及展望
汽車涂裝生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢水中含有多種高分子樹脂、表面活性劑、乳化油及有機(jī)溶劑等，具有水量、水質(zhì)波動大，成分復(fù)雜、COD含量高但可生化性差等特點。目前常用的涂裝廢水處理方法包括物化法、生物法和物化-生物法，采取多種手段與處理方式相結(jié)合進(jìn)行綜合處理，對于成分復(fù)雜且污染物濃度較高的涂裝廢水能達(dá)到比較理想的處理效果。從可持續(xù)發(fā)展與清潔生產(chǎn)的角度來看，應(yīng)該改進(jìn)涂裝生產(chǎn)工藝，改良涂裝材料，提高涂裝技術(shù)，強(qiáng)化涂裝生產(chǎn)管理，以便減少污染物的排放。
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關(guān)鍵詞：乳化廢液 濕式氧化出水 生化處理 分離技術(shù)
乳化廢液也稱高濃度乳化廢水，屬于高濃度難降解廢水，目前在工程實際中還沒有一種切實可行的治理措施，問題的關(guān)鍵在于預(yù)處理技術(shù)不過關(guān)。由于傳統(tǒng)的預(yù)處理方法如粗粒化、電解破乳浮選、吸附等技術(shù)難以實現(xiàn)污染物的有效分離，新興的膜分離技術(shù)用于含非離子表面活性劑的乳化廢水的處理時易造成嚴(yán)重的膜面污染，因而都難以推廣應(yīng)用［1］，而濕式氧化方法［2、3］卻能有效地分解乳化廢水中的高分子有機(jī)物，并解除其生物毒性，是有效的預(yù)處理技術(shù)。采用濕式空氣氧化法處理乳化廢水，在200～220 ℃的操作條件下能夠得到較高的有機(jī)物去除率，但是若原水濃度很高時也難以做到一步達(dá)標(biāo)。由于該工藝［4］的設(shè)備投資及運行成本(主要是空壓機(jī)能耗)較高，因此考慮采用濕式氧化作 為預(yù)處理手段以改善廢水的可生化性，再以生化方法徹底解除污染是本研究的思路［5］。針對乳化廢液的濕式空氣氧化出水開展SBR間歇工藝處理研究的目的在于為該種廢水的后續(xù)處理摸索現(xiàn)實可行的途徑。 1 試驗材料及方法 1.1 試驗材料
未經(jīng)處理的乳化廢液主要成分是非離子表面活性劑及其毒性助劑。取某汽車空調(diào)器生產(chǎn)車間產(chǎn)生的鋁制品清洗廢液，其CODCr濃度達(dá)50000 mg/L，試驗用水為其經(jīng)過200 ℃ 和220 ℃ 氧化2 h后的出水。在此條件下，氧分壓為1.2 MPa、反應(yīng)2 h分別獲得75%和85%的COD去 除率。經(jīng)對比可知，未經(jīng)氧化的乳化廢液表觀呈乳白色漿狀，經(jīng)過氧化后的出水為透明的黃色或淡黃綠色，其CODCr濃度為8000～14 000 mg/L，pH值為4.20左右。SBR好氧試驗用水為該濕式氧化出水經(jīng)稀釋配制而成。
1.2 試驗設(shè)備
試驗用2個筒式間歇生化處理裝置(SBR)，其容積分別為3 L和2 L。
其中3 L反應(yīng)器主要用來研究進(jìn)水CODCr濃度為2 000～3 000 mg/L的情況，2 L反應(yīng)器則針對進(jìn)水COD為1 000～2 000 mg/L的情況。SBR裝置的運行周期為1 d，進(jìn)水為0.5 h、沉淀為1.5 h、排水為0.5 h，排水量和進(jìn)水量均為容積的1/2。
1.3 試驗方法
由于直接利用的濕式氧化出水在厭氧工況下幾乎沒有降解效果，因此SBR試驗主要考察了好氧狀態(tài)下的生物降解情況。氧化出水稀釋成一定濃度、再調(diào)節(jié)pH值后送進(jìn)SBR反應(yīng)器內(nèi)，然后開啟曝氣裝置進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后沉淀排水。在進(jìn)水后每隔2 h取樣一次，在曝氣時段的中間處取樣100 mL用于MLSS的測定以了解其沉降性能。
1.4 測試指標(biāo)［6］及方法
測定項目及方法見表1。 表1 測定項目及方法 測試指標(biāo) 方法 CODCr 重鉻酸鉀法 BOD5 稀釋接種法 生物毒性 DXY—2檢測儀 揮發(fā)酸 蒸餾滴定法 注： 生物毒性檢測裝置采用中科院南京土壤研究所研制的DXY—2型生物毒性檢測儀。 2 可生化性分析
對于工業(yè)廢水，若單純采用B/C值來衡量其可生化性則存在較大的局限性。對于含化學(xué)合成產(chǎn)品的廢水，由于其成分復(fù)雜，在BOD5測定中需采用高倍稀釋的方法，難以 真正體現(xiàn)廢水的可生化性，但B/C值又是判斷可生化性的一個基本前提，因此 在進(jìn)行生化試驗之前從多方面考察了濕式氧化出水的可生化性。
2.1 B/C值
乳化廢液在未氧化之前，其B/C值在0.05～0.10左右，可生化性極差。經(jīng)過溫度為2 00 ℃、氧分壓為1.2 MPa氧化2 h后，出水CODCr濃度為12 000 mg/L左右， B/C平均值提高至0.51；在220 ℃、氧分壓為1.2 MPa氧化2 h后，其CODCr 可由原來的50 000 mg/L降至9 000 mg/L左右，B/C平均值提高至0.55。若單從 B/C值來看，經(jīng)濕式氧化后廢水具有良好的可生化性。
2.2 生物毒性變化
經(jīng)檢測，未經(jīng)處理的乳化廢液具有很高的毒性，與0.12 mg/L氯化汞溶液的毒性相當(dāng)；而經(jīng)過200 ℃和220 ℃氧化后的廢水僅相當(dāng)于0.02 mg/L氯化汞溶液的毒性。
2.3 廢水成分的變化
未經(jīng)氧化的廢水按照對COD貢獻(xiàn)率分析，其非離子表面活性劑約占80%，礦物油占10%，其他添加劑占10%。在200 ℃下、氧化2 h后出水中低級脂肪酸(乙酸)含量大約在30%左右，其作為揮發(fā)酸約占COD貢獻(xiàn)率為49%，而最終出水中不僅存在揮發(fā)酸(如乙酸)，還存在小分子的醇類(如甲醇、乙醇以及低級醚、低級酯等)，估計小分子有機(jī)物總量可在50%以上，因此在毒性基本解除的情況下，該廢水完全有可能采用生化工藝進(jìn)一步處理。 3 SBR試驗結(jié)果與討論
SBR工藝操作過程一般分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5個階段，影響處理過程的因素主要是好氧曝氣時間，因此重點考察了曝氣時間對不同進(jìn)水負(fù)荷下有機(jī)物去除率的影響。試驗污泥濃度為2 500～6 000 mg/L，起始VSS/TSS為0.60，正常運行后VSS/ TSS為0.87左右，污泥活性高、沉降性能良好。
3.1 原水pH值的調(diào)節(jié)
試驗用水(濕式氧化后出水)pH值一般較低(pH=4.2左右)，從微生物生存的一般環(huán)境來說，污水環(huán)境的pH值不能低于細(xì)菌細(xì)胞的等電點，pH值過低和過高均會破壞細(xì)菌的細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)，因此在好氧運行時必須對原水pH值稍加調(diào)節(jié)。SBR體系的緩沖能力試驗結(jié)果.
調(diào)節(jié)SBR系統(tǒng)進(jìn)水pH值為5.0左右，則COD去除率穩(wěn)定在94%左右。起始點進(jìn)水 CODCr為500 mg/L時，第1天調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值為4.70，則有機(jī)物去除率較低；第 10天的有機(jī)物去除率也很低是由于經(jīng)過污泥取樣分析后使污泥濃度驟然下降所致。
3.2 處理效果 試驗用活性污泥為某污水處理站MSBR中試剩余污泥，具有較好的活性。初期以低負(fù)荷(COD Cr為300～500 mg/L)進(jìn)行馴化，經(jīng)過一周培養(yǎng)后污泥由黑褐色變成灰褐色、黃色，污泥絮體也由原來的細(xì)末變成粗大的礬花狀，污泥沉降比達(dá)50%，1.5 h基本完成整個沉淀過 程。培養(yǎng)穩(wěn)定后逐漸提高進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷，每一進(jìn)水負(fù)荷均運行一周左右再進(jìn)行下一操作。SBR1＃(3 L)裝置從進(jìn)水CODCr為500 mg/L開始提高負(fù)荷。
當(dāng)進(jìn)水CODCr為1 000 mg/L、曝氣時間為8 h時，COD去除率達(dá)96%左右；當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度為2 000 mg/L、曝氣時間由8 h調(diào)整為10 h時，COD去除率為95% 左右；當(dāng)進(jìn)水CODCr為2 500 mg/L、曝氣時間為10 h時，COD去除率為93%；若延長曝氣時間至12 h， COD去除率上升至95%左右；當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度升至3 000 mg/L、曝氣時間為12 h或14 h時，有機(jī)物去除率均在93%以上。
3.3 進(jìn)水濃度和污泥濃度
進(jìn)水有機(jī)物濃度和污泥負(fù)荷是影響總有機(jī)物去除效率的重要因素。不同進(jìn)水濃度和污泥負(fù)荷下的運行結(jié)果見表2。 表2 各工況運行參數(shù) 進(jìn)水COD(mg/L) 進(jìn)水 曝氣 沉淀 排水 MLSS(mg/L) Ns ［kgCOD/kgMLSS·d］ 出水COD(mg/L) COD去除率 (%) （h）1.5 1000 0.5 10 1.5 0.5 2467 0.641 61.5 95.2 1500 0.5 10 1.5 0.5 2783 0.591 84.1 95.0 2000 0.5 10 2.0 0.5 3560 0.479 97.0 95.4 2500 0.5 10 2.0 0.5 126 96.3 2500 0.5 12 2.0 0.5 115 96.1 2500 0.5 14 2.0 0.5 5924 0.465 91.6 95.6 3000 0.5 12 2.0 0.5 118 95.9 3000 0.5 14 2.0 0.5 5277 0.611 133 94.4
當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度為1000、1 500 mg/L、污泥濃度為2 500～2 800 mg/L、污泥負(fù)荷為0.6 kgCOD/(kgMLSS·d)時，COD去除率為95%；隨著進(jìn)水COD濃度的進(jìn)一步提高，污泥增長加快，當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度為2 000～3 000 mg/L、污泥負(fù)荷下降至0.5 kgCOD/ (kgMLSS·d)甚至更低時，COD去除率則提高至96%；當(dāng)進(jìn)水COD濃度為3 000 mg/L、運行時間較長、后期由于取樣及排泥和延長曝氣時間等原因而使污泥濃度下降、污泥負(fù)荷提高時，COD去除率降至94%。在污泥負(fù)荷＜0.5 kgCOD/(kgMLSS·d)、進(jìn)水CODCr為3 000 mg/L時，出水CODCr為100～120 mg/L。
3.4 有機(jī)物降解過程
為了解有機(jī)物隨時間變化的降解情況，對進(jìn)水CODCr為1 000～3 000 mg/L的各種工況進(jìn)行了有機(jī)物降解過程的考察，即每一濃度條件下呈現(xiàn)出相似的規(guī)律：初期具有較高的降解速率，后期降解緩慢；約98%～99%的有機(jī)物是在開始曝氣后5 h之內(nèi)完成的。
由于是小試，曝氣時間長，污泥濃度提高較慢，特別是測量污泥濃度會大量減少污泥量，因而在試驗規(guī)模的污泥濃度下，曝氣幾小時較難保證出水CODCr在100 mg/L以下。實際應(yīng)用時可以較低曝氣時間運行，不斷提高污泥濃度(SBR工藝的一個特點就是可以獲得很高的污 泥濃度)，這樣即使進(jìn)水有機(jī)物濃度達(dá)到3 000 mg/L，在提高污泥濃度、降低污泥負(fù)荷后， 出水達(dá)標(biāo)也是可能的。
3.5 處理后水質(zhì)的穩(wěn)定性
經(jīng)過SBR工藝處理后的排放水具有很好的穩(wěn)定性，試驗中測定了進(jìn)水CODCr為2 00 0 mg/L、出水CODCr為108 mg/L時的生物毒性和B/C值，測得的發(fā)光菌發(fā)光度高出空白值200%，完全沒有生物毒性；其B/C值為0.042，接近清潔河 水的B/C值。
4 結(jié)語
① 乳化廢液經(jīng)過濕式空氣氧化后具有良好的可生化性，適于采用生化方法做進(jìn)一步處理。當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度在1 000～3 000 mg/L時，COD去除率均在94%左右。
② SBR間歇工藝僅僅是作為一種試驗方法，目的在于驗證生物化學(xué)方法的有效性，并不僅限于SBR工藝。
③ 按照GB 8978—1996中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)(CODCr≤100 mg/L)，進(jìn)水有機(jī)物濃度不宜過高，可在2 500～3 000 mg/L左右，污泥負(fù)荷應(yīng)不超過0.7 kgCOD/(kgMLSS·d)，曝氣時間可控制在5 h以內(nèi)；若執(zhí)行二級排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)適當(dāng)降低污泥負(fù)荷，則進(jìn)水COD濃度可在3000 mg/L以上。
致謝：特別感謝任鶴云先生對論文的悉心指導(dǎo)。 參考文獻(xiàn)
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吳瑾光作為國家號召“向科學(xué)進(jìn)軍”后北京大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)而被推薦的第一批博士生,后隨導(dǎo)師徐光憲院士調(diào)至原子能系;吳在全民辦原子能參加土法煉鈾時曾因在實驗中手被割破濃鈾進(jìn)入血液而中毒,身體長期以來由于造血功能受損相當(dāng)羸弱。但在家人關(guān)愛及愛人徐端夫院士的支持下,踏實肯干的吳長年執(zhí)著于科研工作,特別是為紅外光譜的研究,打下了扎實科研基礎(chǔ)。
潛心研究打基礎(chǔ)
創(chuàng)新性研究的突破性進(jìn)展源于長期基礎(chǔ)研究的科學(xué)積累。1974年從工作了三年的無線電系被調(diào)回化學(xué)系分析站的吳瑾光因感興趣而主動選擇管理紅外光譜儀。當(dāng)時的分析站面向社會,為其他科研和工業(yè)生產(chǎn)單位提供技術(shù)支持,很多有技術(shù)疑難的單位經(jīng)常到北大尋求幫助。
75年前后,公路研究所試圖由炒瀝青鋪路改為先進(jìn)的乳化瀝青;不用加熱又省原料的常溫鋪路。由展覽會得到了國外的兩個黑白溶液樣品,想要解析乳化瀝青的成份與原理。公路所找了很多單位,都無法解決。后來就找到了吳這兒來。她欣然接受了這項任務(wù),回家后和徐端夫一起討論研究方案。她先查了文獻(xiàn)研究了國際動態(tài),然后用自已做的色譜柱去分離,接著用紅外光譜檢測,再研究了表面活性劑的紅外圖譜,終于解決了這個問題。最后,便和公路所的研究人員確定了乳化瀝青的制造方案,在大連建產(chǎn)生產(chǎn)適用我國的表面活性劑,實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,在5個省進(jìn)行了乳化瀝青實驗鋪路。后該成果發(fā)展成國家大項目。
幾乎同時,北醫(yī)三院的周孝思主任來找北大化學(xué)系解決膽結(jié)石問題。膽石主要有膽固醇結(jié)石與色素型結(jié)石。色素結(jié)石難溶且食物脂肪低易患。此癥中國非常多,死亡率非常高,僅次于癌癥;歐美這種結(jié)石病人少見有關(guān)很少,不了解其成分與形成機(jī)理。后來,周主任就來找了吳瑾光教授。吳認(rèn)為紅外光譜有可能提供一條突破口,于是就接下來了這項科研任務(wù)。徐端夫院士也很感興趣并參加合作,他們應(yīng)用配位化學(xué)的方法把90%以上的成分提取了出來,并對結(jié)石主要成分進(jìn)行紅外研究和凝膠電泳鑒定。該成果后來在中華醫(yī)這會外科學(xué)會上做了報告,產(chǎn)生了很大的學(xué)術(shù)影響。在這工作的基礎(chǔ)上,該課題組又做了多年的結(jié)石研究,對結(jié)石成因提出新見解取得了一系列成果。在國內(nèi)多次得獎并獲得美國優(yōu)秀科研獎。
無創(chuàng)腫瘤診斷
后來,周醫(yī)生去美國賓西法尼亞大學(xué)跟其內(nèi)科主任S教授進(jìn)修。周醫(yī)生向S教授介紹了與吳合作用紅外研究膽石的成果,S教授非常驚奇,他想做的工作中國竟已做成了,他是一位對紅外光譜有一定造詣的醫(yī)學(xué)博士。便邀請吳進(jìn)行合作研究。吳赴美進(jìn)行科研合作三個月,在國際會議上發(fā)表了幾篇論文。當(dāng)年年底,S教授就訪問中國,要求與吳科研組建立長期的合作。
90年代,當(dāng)腫瘤成為人類社會共同關(guān)注的醫(yī)學(xué)難題。已有的各種診斷方法都滿足不了手術(shù)治療的需求,非常迫切需要發(fā)明一種更快捷,更有效的檢測新方法。于是,由吳瑾光教授牽頭,把研究方向發(fā)展至腫瘤研究。
因為紅外光譜是分子結(jié)構(gòu)變化的靈敏探針,因此從分子結(jié)構(gòu)變化的角度入手,用紅外法研究細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)變化來檢測腫瘤。文獻(xiàn)常通用切片和勻漿法等破壞樣品方式制樣。他們突破常規(guī)的思維發(fā)展了一些新的檢測方法,從而做到了在不破壞樣品的前提下直接對腫瘤組織進(jìn)行檢測。并與醫(yī)院合作,首先對凍存腫瘤樣品進(jìn)行檢測,然后又設(shè)計改造了紅外光譜儀,使之穩(wěn)定可搬到了手術(shù)室外,對手術(shù)后新鮮腫瘤組織測定,建立了幾萬張規(guī)模的紅外光譜圖庫,較為系統(tǒng)地研究了10多種腫瘤的光譜特征,觀察到良性和惡性腫瘤的差別規(guī)律性。并進(jìn)而用紅外光纖做原位在體腫瘤檢測。
在歸納比較總結(jié)這些實際數(shù)據(jù)的前提下,課題組從化學(xué)原理上反復(fù)論證紅外光譜檢測腫瘤的新方法的科學(xué)依據(jù),并把檢測結(jié)果與金標(biāo)準(zhǔn)病理結(jié)果相比較,嚴(yán)格論證;證明了該方向的實用性與高效性。
2004年6月,由北京大學(xué)化學(xué)院吳瑾光教授聯(lián)合北醫(yī)三院、北大口腔醫(yī)院、中科院化學(xué)所徐端夫院士課題組、北京第二光學(xué)儀器廠和西安交大第一醫(yī)院等共同完成的“腫瘤臨床診斷的紅外光譜新方法”的科研項目的成果由北京市科委主持通過了鑒定。
該項目率先提出了一種可用于腫瘤診斷和臨床醫(yī)療應(yīng)用的紅外光譜腫瘤檢測的新方法,它可在3-5分鐘快速準(zhǔn)確地判斷腫瘤,實現(xiàn)了對腫瘤的在體、原位、實時檢測,可為外科醫(yī)生選擇手術(shù)方案提供快速診斷報告,對手術(shù)治療過程很有幫助。紅外檢測結(jié)果與病理診斷金一標(biāo)準(zhǔn)比較對照,兩者符合率達(dá)90%以上,該成果具有原創(chuàng)性并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。
三腺腫瘤診斷及現(xiàn)狀
在和醫(yī)院的合作中,口腔醫(yī)院提出了新的要求:由于腮腺部位神經(jīng)比較多,如手術(shù)中傷了神經(jīng),可能使臉部變形,比較麻煩。希望能做到腮腺腫瘤的無創(chuàng),預(yù)先診斷,以提供足夠的做手術(shù)方案的準(zhǔn)備時間。
在一次偶然的機(jī)會中,吳發(fā)現(xiàn)從腺體表面皮膚,用中紅外光纖光譜能準(zhǔn)確檢測出乳腺增生、良性腫塊和癌變等不同程度病變。后來試著把該技術(shù)轉(zhuǎn)移到腮腺的診斷,結(jié)果證明了從腮腺表面皮膚反映的光譜變化也完全能觀察到該腺體病變的情況。目前,這一新技術(shù)已能實現(xiàn)對腮腺、乳腺、甲狀腺三種腺體的診斷。這種無創(chuàng)、無痛苦、快速、便捷的檢測方法具有比較明顯好的應(yīng)用前景。目前,課題組已申請并獲得了該技術(shù)的中國和美國專利。
該方法所用的中紅外光纖是其中的關(guān)鍵技術(shù)。原來使用的是美國Spectech出產(chǎn)的中紅外光纖,這種光纖價格昂貴,易損壞,并且該項公司已停產(chǎn),而且國際上也找不到適用的中紅外光纖。課題組張元福教授經(jīng)過幾年的努力,現(xiàn)已研制成新的性能優(yōu)異的中紅外光纖,這種光纖耐用而不易損壞,且價格遠(yuǎn)比國外進(jìn)口光纖低,最近已經(jīng)在北大第三醫(yī)院投入臨床使用。至此,該課題組已經(jīng)完全掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整套體表無創(chuàng)診斷三種重要腺體良惡腫瘤的技術(shù)。
近來,天壇醫(yī)院也來找吳瑾光、徐怡莊課題組,要求對腦瘤的診斷進(jìn)行合作。目前,這項研究的結(jié)果也日漸明朗,近期將發(fā)表相關(guān)論文。
關(guān)鍵詞:大功率白光LED;封裝工藝可靠性;光斑;光通量
中圖分類號:TN312+.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C
Reasearch on Encapsulation Technology Reliability of
High Power White-Light LED
(Ledman Optoelectronic Co., Shenzhen 518108, China)
Abstract: The package prospects and the main function of high power white-light LED are introduced firstly in this paper. And then, the key technology of high power white-light LED package is explained, which including fluorescent coating packaging technology, selecting the sealed silicone, packaging of large-size chip, reliability testing and evaluation. also some detailed researches on meliorating the light spot and improving luminous have been done.
Keywords: High Power White-Light LED; Encapsulation Reliability Technology; light spot; luminous
前 言
全世界已越來越重視節(jié)能省電的問題,而LED照明又被視為是下個10年頗受關(guān)注的應(yīng)用,LED要走入普通照明仍有許多問題要克服,主要是由于發(fā)光效率太低､成本太高等兩大限制,然而此兩大限制卻皆與大功率白光LED封裝技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)｡LED封裝的功能主要包括:(1)機(jī)械保護(hù),以提高可靠性;(2)加強(qiáng)散熱,以降低晶片結(jié)溫,提高LED性能;(3)光學(xué)控制,提高出光效率,優(yōu)化光束分布;(4)供電管理,包括交流/直流轉(zhuǎn)變,以及電源控制等｡為提高大功率LED封裝技術(shù)的可靠性,究竟可以從哪些方面去努力呢?
1 大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)
剖析LED封裝所需的每一道制程可知,大功率白光LED封裝技術(shù)可細(xì)分成:(1)支架的設(shè)計(包括取光與散熱);(2)晶片的選擇與排列方式;(3)固晶方式;(4)金線線形與粗細(xì);(5)熒光粉種類與涂布結(jié)構(gòu);(6)Silicone Lens的曲率與折射率｡此六項制程皆對LED的散熱性能(熱阻值)､光通量(流明)､發(fā)光效率､相對色溫(CCT)､光色的均勻性､壽命等特性深具影響,因此每一環(huán)節(jié)皆不可輕忽｡下面將針對熒光粉涂層結(jié)構(gòu)､封裝膠體､大尺寸晶片封裝作一些研究,并逐一說明其對LED特性影響的關(guān)系｡
具體從大功率白光LED封裝以下幾個關(guān)鍵技術(shù)做如下研究和說明:
1.1 熒光膠封裝工藝
熒光粉的作用在于光色復(fù)合,形成白光｡研究表明隨著溫度上升,熒光粉量子效率降低,出光減少,輻射波長也會發(fā)生變化從而引起白光LED色溫､色度的變化｡較高的溫度還會加速熒光粉的老化,原因在于熒光粉涂層是由硅膠與熒光粉調(diào)配而成,散熱性能較差,當(dāng)受到紫光或紫外光的輻射時,易發(fā)生溫度碎滅和老化,使發(fā)光效率降低｡此外,高溫下熒光膠的熱穩(wěn)定性也存在問題｡
1.1.1 光斑改善問題
傳統(tǒng)的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與硅膠混合然后點涂在晶片上｡根據(jù)白光的發(fā)光原理可以知道,如果熒光粉加入的量太多就會造成發(fā)出的光偏黃,加入的量太少就會使得發(fā)出的光偏藍(lán)｡現(xiàn)選用相對應(yīng)波段的黃色熒光粉和硅膠,根據(jù)熒光粉的發(fā)光效率合理配制熒光膠,做出的白光其色坐標(biāo)是在x=0.333,y=0.333附近,但是封裝出的成品光斑是一片藍(lán),一片白,四周黃｡這是因為熒光粉被藍(lán)光激發(fā)的不均勻,也就是說熒光粉的細(xì)小顆粒沒有被藍(lán)色的光完全激發(fā)｡分析具體的原因可能是熒光粉的涂敷厚度和形狀未控制好,晶片各個發(fā)光面的熒光粉敷蓋厚度不均或熒光粉沉淀導(dǎo)致出射光色彩不一致,出現(xiàn)局部光偏藍(lán)或者偏黃｡
為了解決光斑不均勻問題,根據(jù)兩層透鏡的光輻射圖樣,凸透鏡的角度與外封膠形成的透鏡角度是相近的,于是我們選取熒光粉在支架面上形成的凸透鏡,即熒光膠點凸杯,這樣光斑有一定的改善,但效果仍然不是很理想｡
于是引入了擴(kuò)散劑用以增強(qiáng)藍(lán)光激發(fā)熒光粉的效率,增強(qiáng)熒光粉的發(fā)光效率｡通過實驗,發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散劑的確對光斑有了改善,使得發(fā)出的光斑均勻一致,但是對LED進(jìn)行測試的時候,發(fā)現(xiàn)其亮度不能達(dá)到預(yù)期的效果｡
1.1.2光通量提高問題
在烘烤的過程中,不同溫度和時間對熒光膠的沉淀有不同的影響,使得熒光粉溶液的濃度分布均勻度有偏差,最后造成白光LED的色溫分布不均,使得白光LED的亮度和光斑都不能達(dá)到預(yù)期效果｡那如何改善熒光粉的沉淀,這是新一步研究的問題｡從三個方面去改善:
(1) 通過生產(chǎn)工藝改善｡即生產(chǎn)過程中,在很短時間里將熒光膠均勻攪拌并脫泡,加快點熒光粉的速度,點好熒光粉的半成品很快進(jìn)入烘烤,同時依據(jù)硅膠特性選定最合適的烘烤溫度和時間｡
(2) 加入一種新的物質(zhì),使得熒光粉在高溫下也能保持很好的均勻混合狀態(tài)｡于是導(dǎo)入了化工里面的一種可以同時吸附有機(jī)物和無機(jī)物的表面活性劑,在溫度和濕度以及熒光粉溶液都相同的條件下,將其中一瓶加入表面活性劑,并做好標(biāo)號,將兩瓶溶液都攪拌相同的時間至均勻｡將其分別排入晶片上,分時間間隔進(jìn)行色溫測試,通過實驗我們得到了如圖1所示色溫變化圖:
70min后加入表面活性劑的溶液比不加活性劑的溶液中熒光粉的沉淀率降低將近14%｡
(3)采用倒裝晶片,將熒光粉混合溶液直接涂抹在晶片上｡所用到的溶液膠體不再是硅膠,因為硅膠的流動性較強(qiáng),如果用傳統(tǒng)的硅膠來混合熒光粉,熒光粉溶液就會從晶片表面溢出,所以這里選擇可以自動成型的UV膠,將UV膠與普通熒光粉按照一定的比例進(jìn)行均勻混合調(diào)配,將調(diào)配好的原料加入點膠機(jī)針筒對大功率發(fā)光二極管晶片進(jìn)行點膠涂布,將涂布完成的晶片用紫外燈照射進(jìn)行固化,完成固化工藝過程｡UV膠固化后對光線無遮擋,透光性極強(qiáng),紫外光固膠,固化速度快,產(chǎn)能高,同時流明值提高近10%｡
1.2 封膠膠體的研究
在LED使用過程中,電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生的光子在向外發(fā)射時產(chǎn)生的損失,主要包括三個方面:晶片內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失;由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失｡
根據(jù)折射定律,光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時,當(dāng)入射角達(dá)到一定值,即大于等于臨界角時,會發(fā)生全發(fā)射｡能射出的光只有入射角小于臨界角所圍成空間立體角內(nèi)的光,因此其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出,大部分易在內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收,易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失｡為了提高LED產(chǎn)品封裝的取光效率,必須提高外封膠的折射率,以提高產(chǎn)品的臨界角,從而提高產(chǎn)品的封裝發(fā)光效率｡同時,封裝材料對光線的吸收要小｡為了提高出射光的比例,封裝的外形采取模塑(molding)半球形,這樣,減少了出射界面由于折射率差引起的反射損失,而且光線從封裝材料射向空氣時,幾乎是垂直射到界面,因而不再產(chǎn)生全反射｡
對大功率白光LED 模塑進(jìn)行灌膠,選取透光率､折射率､耐熱性較好的雙組份有機(jī)硅膠,這種封膠材料不會因為溫度的劇變所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使金線與引線框架斷開,并且全硅膠形成的"透鏡"不會黃變｡
1.3 大尺寸晶片封裝
目前,在大功率白光LED中,要在照明領(lǐng)域中普及,取代白熾燈,必須提高總的光通量或者說可以利用的光通量｡光通量的增加可以通過提高集成度,加大電流密度､使用大尺寸晶片等措施來實現(xiàn)｡雖然大型LED晶片可以獲得大光束,不過加大晶片面積會導(dǎo)致晶片內(nèi)發(fā)光層的電界不均等,發(fā)光部位受到局限､晶片內(nèi)部產(chǎn)生的光線放射到外部過程會嚴(yán)重衰減｡同廠商60mil和45mil晶片,其它封裝物料相同,初始光通量60mil晶片比45mil晶片高了5個流明,但1,000h老化衰減大了10%,其成品老化光通量衰減對比如圖2所示:
目前大尺寸晶片封裝的散熱,抗衰減等技術(shù)問題仍有待進(jìn)一步研究｡
1.4 封裝可靠性測試與評估
LED器件的失效模式主要包括電失效,如短路或斷路､光失效,如高溫導(dǎo)致的灌封膠黃化､光學(xué)性能劣化等;機(jī)械失效,如引線斷裂,脫焊等｡而這些因素都與封裝結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)｡對于主要用于照明用途的大功率LED,其使用壽命一般指LED輸出光通量衰減為初始的70%的使用時間,壽命測試通常采取加速環(huán)境實驗的方法進(jìn)行可靠性測試與評估,對LED壽命的預(yù)測機(jī)理和方法的研究仍是有待研究的難題｡
2 結(jié)束語
環(huán)保議題日益突出,各國政府持續(xù)推動節(jié)能政策,LED照明市場前景很是樂觀｡大功率白光LED封裝是一個涉及到光學(xué)､熱學(xué)､機(jī)械､電學(xué)､力學(xué)､材料､半導(dǎo)體等多學(xué)科的研究課題｡為了提升LED封裝技術(shù)的可靠性,須著重LED封裝技術(shù)的每一環(huán)節(jié),從某種角度而言,LED封裝不僅是一門制造技術(shù),而且也是一門基礎(chǔ)科學(xué)｡良好的封裝需要對熱學(xué)､光學(xué)､材料和工藝力學(xué)等物理本質(zhì)的理解和應(yīng)用｡在封裝過程中,雖然散熱基板,熒光粉,灌封膠等材料選擇很重要,但封裝結(jié)構(gòu),如熱學(xué)界面,光學(xué)界面及封裝方式對LED光效和可靠性影響也很大｡大功率白光LED封裝需要不斷的引入新材料,新工藝,新思路來提高其可靠性及在照明領(lǐng)域中的地位｡
雷曼光電愿與各界同仁一起致力于大功率LED的研發(fā),為LED光電事業(yè)做出貢獻(xiàn)｡
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關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；物理化學(xué)；食品專業(yè)；實踐能力
中圖分類號：G40-012 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-4156(2012)08—142-02
物理化學(xué)是食品、環(huán)境、制藥、材料、能源等工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，在各專業(yè)課程體系中具有服務(wù)后續(xù)課程和培養(yǎng)理論素養(yǎng)的作用。然而，物理化學(xué)理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，概念多、公式多、條件多、計算多，所需的數(shù)學(xué)和物理知識較多，對側(cè)重于工程技術(shù)能力培養(yǎng)的工科專業(yè)學(xué)生普遍感到難學(xué)、乏味，甚至產(chǎn)生厭學(xué)心理。地方性本科院校主要以培養(yǎng)滿足地方經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要的應(yīng)用型人才為辦學(xué)目標(biāo)，因此，在物理化學(xué)課程教學(xué)中必須根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)定位，樹立課程教學(xué)服務(wù)于授課專業(yè)的意識，讓學(xué)生感到學(xué)有所用，培養(yǎng)他們的實踐能力，提高課堂教學(xué)效果。本文根據(jù)食品專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合物理化學(xué)課程的特點，從課程教學(xué)體系的構(gòu)建、教學(xué)方法的采用和考核方式的改革等方面，探討在物理化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具體做法。
一、以基礎(chǔ)夠用為目標(biāo)，構(gòu)建課程教學(xué)體系
地方本科院校食品專業(yè)培養(yǎng)能夠在生產(chǎn)一線從事技術(shù)管理、產(chǎn)品開發(fā)、品質(zhì)控制等方面工作的應(yīng)用型人才，因此，課程體系設(shè)計和教學(xué)內(nèi)容選取應(yīng)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相一致。物理化學(xué)知識是學(xué)習(xí)食品專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)，課程定位應(yīng)突出“服務(wù)性、基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、銜接性”的特點。知識體系的建立應(yīng)遵循“基礎(chǔ)夠用、應(yīng)用為本、培養(yǎng)能力”的原則，加強(qiáng)物理化學(xué)基本知識的教學(xué)，注重理論知識在生產(chǎn)和生活實踐中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實踐意識和實踐能力。食品專業(yè)物理化學(xué)課程只有54學(xué)時，教學(xué)時數(shù)少，在維持化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)以及膠體與表面化學(xué)等知識體系的前提下，既要考慮系統(tǒng)性又要重視實用性，根據(jù)專業(yè)需要，在學(xué)時分配上有所側(cè)重，如表1所示。其中，熱力學(xué)第一定律、第二定律及其應(yīng)用是物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識，設(shè)計學(xué)時較多(占總學(xué)時的38.9％)，目的在于讓學(xué)生打好基礎(chǔ)，確保基礎(chǔ)知識夠用；電化學(xué)和化學(xué)動力學(xué)知識在食品專業(yè)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)用不多，只作為一般掌握的內(nèi)容，設(shè)計學(xué)時少些(只占總學(xué)時的25.9％)；膠體與表面化學(xué)知識與食品專業(yè)關(guān)系密切，需加大學(xué)時投入(占總學(xué)時的35.2％)，而且這部分知識要結(jié)合專業(yè)需要進(jìn)行教學(xué)，體現(xiàn)出為專業(yè)服務(wù)的應(yīng)用性特點。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方面，要將物理化學(xué)基本理論的應(yīng)用放在重要位置，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。
二、以能力培養(yǎng)為核心，靈活選用教學(xué)方法
在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的能力，是實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑。因此，在物理化學(xué)課程教學(xué)中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同靈活采用各種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們積極參與教學(xué)過程，提高課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。
(一)根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力
教師在教學(xué)中教會學(xué)生獲取知識的方法，比教會他們知識更為重要。因此，我們在物理化學(xué)教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度，適當(dāng)給學(xué)生布置自學(xué)任務(wù)，目的在于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獲取知識能力。比如，關(guān)于“化學(xué)平衡”的概念，學(xué)生在中學(xué)化學(xué)和無機(jī)化學(xué)中就有接觸，在熱力學(xué)第一、第二定律基本知識學(xué)完后，可以把“化學(xué)平衡”一章安排給學(xué)生自學(xué)，為了保證自學(xué)的效果，教師應(yīng)給學(xué)生制定自學(xué)提綱，指出主要概念、公式和重點、難點，避免自學(xué)的盲目性。為了檢查自學(xué)效果，可以采用考試或課堂討論的形式，讓學(xué)生對自學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，教師應(yīng)指出存在的問題，以引起學(xué)生對自學(xué)內(nèi)容的重視。教學(xué)實踐表明，在每章學(xué)習(xí)結(jié)束，讓學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)，將相關(guān)知識點歸納、串聯(lián)起來，也可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。
(二)通過課堂討論的方式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力
在課堂討論前，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點，擬定討論題目讓學(xué)生思考和查閱資料，課堂討論時學(xué)生要提出自己的觀點，并對他人的觀點提出意見。比如，關(guān)于“可逆過程”概念的討論，有的學(xué)生認(rèn)為可逆反應(yīng)就是可逆過程，而有的學(xué)生則提出反對意見，并列舉了一些證據(jù)，正反雙方展開辯論，各持己見。在課堂討論過程中，教師要深入到學(xué)生中間，鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，肯定正確的觀點，糾正錯誤的認(rèn)識。實踐表明，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點采用課堂討論的形式，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力。
(三)采取理論聯(lián)系實際的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力
物理化學(xué)的基本理論來源于生產(chǎn)實踐，反過來對生產(chǎn)實踐又具有指導(dǎo)意義。教學(xué)中若能將理論知識應(yīng)用于實踐，不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有利于培養(yǎng)他們用理論知識解決實際問題的能力。比如，講授凝固點降低，可以列舉“北方冬天用涼水浸泡凍梨”的道理，“冬天下雪時在路上灑鹽的目的”；講授滲透壓，可以介紹“施肥太多會把植物燒死”等問題；講授表面現(xiàn)象，可以結(jié)合“給植物噴灑的農(nóng)藥為何要加入表面活性劑”、“鋤地保墑的原理”等現(xiàn)象來介紹；講授膠體化學(xué)，可以介紹“明礬能使渾濁的水澄清”、“鹵水點豆腐”、“江河人海口會形成三角洲”等原理。事實上，教學(xué)過程中列舉一些與生產(chǎn)、生活實際密切相關(guān)的實例，能夠增強(qiáng)課堂教學(xué)趣味性，有利于提高教學(xué)效果。此外，在學(xué)完每一部分內(nèi)容后，讓學(xué)生在生活實踐中尋找有關(guān)問題，并運用相關(guān)知識進(jìn)行解釋，不但有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，而且使他們認(rèn)識到生活中的實際問題蘊涵著深刻的科學(xué)道理。比如，通過查閱資料學(xué)生們將電鍍知識與表面活性劑的知識相結(jié)合，解釋了在電鍍液中添加表面活性劑的作用；從表面張力角度解釋了荷花“出淤泥而不染”的荷花效應(yīng)；根據(jù)酶催化的原理解釋了在果蔬保鮮時如何控制溫度。
三、以知識應(yīng)用為目的。改革課程考核方式
應(yīng)用型人才培養(yǎng)既要重視課堂教學(xué)，也要重視課程考核方式的改革。傳統(tǒng)的物理化學(xué)考核是期末一卷定終身，過于強(qiáng)調(diào)學(xué)生對書本知識的掌握程度，而忽略了學(xué)生知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的考查。為了客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，我們建立了全程考核(也稱過程考核)的機(jī)制，將考核成績分為平時成績和期末成績。平時考核包括出席情況、課堂討論、課堂提問、課后作業(yè)、課程論文等方面，這樣可以客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也可以督促學(xué)生集中精力學(xué)好課程。期末考核重點檢查學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力，采取筆試的考核方式。考核內(nèi)容中的客觀題(包括選擇題、填空題、是非題)所占比例較小，而主觀題(包括計算題、簡答題、應(yīng)用題)所占比例應(yīng)較大，目的是不讓學(xué)生死記硬背知識，而是應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題。比如，2009級食品和制藥專業(yè)期末試卷中，客觀題的分?jǐn)?shù)只占30％，其余均為主觀題。其中，有一道主觀題要求學(xué)生舉例說明物理化學(xué)的基本原理在實際中的應(yīng)用，考核了學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，增強(qiáng)了物理化學(xué)課程考核的實效性。實踐表明，采用全程考核的方法可以客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。
