表面活性剂对农药的乳化增溶效应研究及其环境危害性分析-化工毕业论文.doc
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1、图书分类号:密 级:毕业设计(论文)表面活性剂对农药的乳化增溶效应研究及其环境危害性分析SOLUBILIZATION AND EMULSION EFFECT OF SURFACE ACTIVE AGENT ON PESTICIDE AND THE ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL HAZARD 学生姓名学院名称化学化工学院学号专业名称应用化学指导教师2015年4月15日徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对
2、本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名: 日期: 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名: 导师签名: 日期
3、: 年 月 日 日期: 年 月 日摘要目前,农药在保证农业产量方面依然占据至关重要的地位,而我国农药的使用效率低下,这不但造成经济上的损失,而且对环境的污染和危害也日趋加重。利用表面活性剂对农药进行乳化增溶,可有效提高农药的使用效率。本课题主要通过研究表面活性剂成分的体积比对农药的乳化增溶效应的影响来筛选出最适合乳化剂。实验发现,十二烷基苯磺酸钙和苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚构成的乳化剂的乳化效果与其亲水亲油平衡值(HLB值)有直接关系,当乳化剂HLB值与对应农药所需HLB值相适应的时候,其乳化效果最好。此外,环境温度、乳化剂的分子结构等也会影响乳化剂乳化效果。本论文结果对于提高农药的增溶乳化性能、
4、降低其环境危害性具有重要的参考价值。关键词:农药;表面活性剂;亲水亲油平衡值;乳化;增溶AbstractAt present, the pesticide in ensuring agricultural output still occupy the important position, while Chinas pesticide use efficiency is low, this will not only cause economic loss, but also the pollution and harm to the environment are becoming inc
5、reasingly aggravated. Agent of pesticide emulsion solubilization by surface activity, can effectively improve the efficiency of the use of pesticides. This topic mainly by influencing the volume ratio of emulsion solubilization effect of surfactant components of the pesticide to identify the most su
6、itable emulsifier. The experimental findings, the emulsification effect twelve calcium alkylbenzene sulfonate and styrylphenol polyoxyethylene ether of emulsifier and hydrophilic lipophilic balance number (HLB value) has a direct relationship, when emulsifier HLB value and the corresponding HLB valu
7、e of pesticide required when fit, the best emulsifying effect. In addition, environmental temperature, emulsifier molecule structure will also affect the emulsifying effect. The results in the paper to improve the performance, reduce the solubilization emulsification pesticide environmental damage h
8、as an important reference.Keywords:Pesticides Surface active agent Hydrophilic lipophilic balance number Emulsion SolubilizationIII目 录1 绪论11.1表面活性剂11.1.1表面活性剂的分类11.1.2 关于表面活性剂亲水-亲油性的平衡与性质的联系21.1.3阴离子表面活性剂31.1.4非离子表面活性剂31.1.5十二烷基苯磺酸钙41.1.6 苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚41.2农药51.3 表面活性剂的乳化作用61.3.1乳化剂和乳状液61.3.2乳状液的鉴别61.3
9、.3乳状液的制备和乳状液的稳定性71.4 本论文的主要内容与创新点82 实验部分92.1实验仪器和设备92.2 实验试剂92.3 实验方法92.4实验步骤93 结果与讨论113.1 AEC1和BEC1体积比对如有的性能影响113.2 AEC2和BEC2体积比对乳油性能的影响113.3 AEC3和BEC3体积比对乳油性能的影响123.4标准硬水温度以及农药乳化剂的选择12结论13致谢14参考文献15IV1 绪论中国是农业大国,中国农业在全球都占据至关重要的地位。而农药在农业生产中的地位同样不可小视。随着我国农业发展不断进步,农药也越来越频繁的使用。据统计到2013年年底,我国农药的总产量高达到三
10、十三万吨,比上一年整整提高了11.93%。可见农业发展离不开农药发展。由于我国人口数量庞大,坚持以国内实现粮食基本自给为出发点,用世界不到7%的耕地面积养活了世界22%人,因此粮食安全问题是非常重要的。然而与发达国家相比,我国对于农药使用效率还远远低于发达国家,由于喷洒方式等操作不同,农药的有效利用率只有20%30%,远远比发达国家50%的水平低1。农药的低效率使用,不但使大量农药浪费,造成经济损失,而且非利用到的农药进入环境中,污染环境,使人和动物中毒、增加农产品残留量。因此,为了提高农药的使用效率,我们迫切需要研究开发一种表面活性剂,使农药进行乳化增溶。由于大多数有机溶剂和农药不具有亲水性
11、,很难自发与水均匀混合,需要通过剧烈地搅拌,形成小微滴,得到不稳定乳状液。当溶液静置一段时间后,有机溶剂和水明显分层,这样的乳状液无实用价值。因此必须采用一些表面活性剂使农药具有乳化作用,与水形成稳定的乳状液。表面活性剂引入以后,它的亲水基朝着油相去,在两相界面上进行定向排列,降低其界面张力,形成一种界面保护膜。1.1表面活性剂表面活性剂是一类有机化合物,具有亲水亲油性的结构,极性与亲液性迥然不同的基团部分它至少含有两种。表面活性剂和合成洗涤剂形成一门工业得追溯到本世纪30年代,以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗涤剂打破了肥皂一统天下的局面2。虽然表面活性剂的用量很小,但是由于良好的性能获
12、得了“工业味精”的称号。表面活性剂的产品也在日常生活中起到很大的作用,成为一种生活必需品。 1.1.1表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法有很多种,根据表面活性剂的来源进行分类,通常把表面活性剂分为合成表面活性剂、天然表面活性剂和生物表面活性剂三大类3。按亲水基生成的离子类型可将表面活性剂分为四类阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型3。一般表面活性剂按照溶解性可分为两类:油溶性表面活性剂和水溶性表面活性剂。其中,前者表面活性剂的种类和应用相对较少。而水溶性表面活性剂按照是否分解分为离子型和非离子型两大类,离子型可以在水中解离成离子,非离子型则不能。离子型表面活性剂按活性部分的离子型,又可分
13、为:阳离子、阴离子以及两性离子三大类4,如图1-1所示。水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂离子型表面活性剂非离子型表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性离子表面活性剂按溶解性分类按离子类型分类按是否离解分类图1-1 表面活性剂的分类1.1.2 关于表面活性剂亲水-亲油性的平衡与性质的联系根据不同的表面活性剂所还有的基团不同,各自具有的性质也不同5。主要体现在亲油基和亲水基的不同,与水的结合程度也就不同。含有亲水基的表面活性剂与水能够很好的融合,形成均一的溶液。相反,含有亲油基的表面活性剂则不能与水很好的结合。这种亲水的难易程度可以用亲水-亲油性平衡值来表示,数值越大则表明表面活性剂的亲水
14、性越好,数值越小则表明亲水性就越差。HLB值在量的程度上表示了表面活性剂亲水-亲油性平衡的具体关系。表面活性剂的HLB值对它的性质和应用具有直接影响。我们可以通过表1-1来确定在不同场合下HLB值的不同关系。表1-1 HLB值在不同范围所使用的场合HLB值的范围所对应的场合HLB值的范围所对应的场合36油包水型乳化剂1315洗涤79润湿、渗透1518增溶815水包油型乳化剂由上表可以看出在对应增溶的场合中表面活性剂HLB值达到了1518的最大值,也就表明农药在此情况下的吸水性最好,利用率最高。HLB绝对值的大小与亲水集团和亲油集团二者共同的作用有关,是相互总用的和效果。HLB在农药中的值可以根
15、据以下公式来计算:在混合物当中不同的HLB值具有可叠加的效果,多种表面活性剂共同存在时效果是累积的可以计算出HLB的总和来体现总体的亲水性6,其HBL值用下列公式来计算 式中W(A)和W(B)分别为A和B的质量。由于农药当中存在大量的乳油,这种乳油是一种强烈的亲油物质,不易与水结合,因此农药中乳油的含量必须限制在某一规定范围内。这种范围可以用HLB的值来衡量对应的溶剂量也要求一定的HLB值,达到最佳的比例范围才能使农药与水形成最佳乳化状态,并且能够在作用时间内稳定的存在,使农药发挥最长时间、最稳定的效果。例如有机磷农药1605原油所要求的HLB值为12,所用溶剂二甲苯所要求HLB值为11.8,
16、在配成50%1605乳剂时,所要求的HLB值在12.212.4之间,所以在选择适合的乳化剂时,应非离子型和阴离子型配合使用,如选择农乳600#(HLB=15)55%和农乳500#(HLB=9) 45%,混合后乳化剂HLB值由上式计算可知为12.3,可以得到最佳乳化剂效果。1.1.3阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂作为表面活性剂的一类,它同样可以水解,只是水解后形成的是阴离子。阴离子具有憎水性,并且具有表面活性作用。 阴离子表面活性剂包含了羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐等不同形式的表面活性剂,由于酸根不同,他们的性质和作用也有不同的体现。但是由于他们都是阴离子表面活性剂,所以有相似的作用效果
17、。在分散性、乳化性、等特性上表现出高度的一致性。由于阴离子表面活性剂的特殊性质使得它的应用尤为广泛,在同等表面活性剂中具有绝对性的优势,其产量占到了所有表面活性剂的43%以上。唯一需要指出的就是阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂在水中混合会发生化学反应,形成沉淀,失去表面活性的效果,因此二者不可混合使用。1.1.4非离子表面活性剂非离子表面活性剂是另外一种很重要的表面活性剂7。与其他非离子物质一样非离子表面活性剂在水溶液当中不能够解离。而他的活性主要是靠分子集团中所含有的含氧基团构成,而且这种含氧集团必须达到一定数量才能起到亲水的作用。从目前看来非离子表面活性剂的发展仅次于阴离子表面活性剂,前
18、景非常广阔。由于非离子表面活性剂在水溶液中不可以解离,因此他就有较高的稳定性,可以有效的抗强电解质的影响,也不容易受酸或碱的影响,因此他没有了阴离子表面活性剂使用时所存在的限制,可以和任何其他的表面活性剂共同使用。非离子表面活性剂基本没有以固态和气态存在,都是溶液形式或者是乳化状态的形式,所以他的溶解性受随温度的影响很大,低温时溶解性高,随着温度的升高溶解度越来越小8。与阴离子表面活性剂相似非离子表面活性剂的乳化性、增溶性、防腐蚀性等多种性能也非常好,几乎可以应用到所有可能的行业当中,销量日益增加,前景十分广阔。1.1.5十二烷基苯磺酸钙十二烷基苯磺酸钙9是一种农药乳化剂,其结构式如图1-2所
19、示,由分子筛脱蜡油和氯气反应生成氯代烷,氯代烷再与苯缩合为十二烷基苯,十二烷基苯用发烟硫酸磺化得到十二烷基苯磺酸,最后与石灰中和制成。十二烷基苯磺酸钙是一种良好的分散剂,其实物见图1-3是合成复配有机磷、有机氯、除草剂等农药乳液的混合型乳化剂的主要组分。十二烷基苯磺酸钙同样还是一种阴离子表面活性剂,具有和其他阴离子表面活性剂同样的效果。 图1-2 十二烷基苯磺酸钙结构式9图1-3 十二烷基苯磺酸钙1.1.6 苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚在所有非离子表面活性剂中苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚10是一种具有很高活性的非离子表面活性剂其通式见图1-4。具有其他非离子表面活性剂的通性,可用来合成含磷农药的乳化剂。苯
20、乙烯基苯酚聚氧乙烯醚具有简单的合成工艺,以苯酚和苯乙烯为原料,在催化作用下生成苯乙烯基苯酚,加入环氧乙烷发生聚合反应,经过精制等其他工段得到纯苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚。苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚是一种浅黄色油状液体,能够和其他有机溶剂以及水很好的融合,由于是非离子所以不发生电解,能够稳定存在。苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚与氧化剂接触容易裂解,但有很好的乳化性能。农乳500#、700#与本品混合,配成乳化剂,这样可极大降低农乳用量,使农药成本大大降低。图1-5为其实物照片。 图1-4苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚通式10图1-5苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚1.2农药农药是一种常见的农作物必须的混合物。随着我国耕地面积的减
21、少,粮食和其他农作物的产量越来越受到人们的重视。而保证产量很重要的一个环节就是杀虫和抗病。在农作物生长过程当中,农药一直扮演着很重要的角色,然而如果农药的使用不当或者农药的有效利用率很低,会造成严重的浪费,以及对环境和其他生物的危害。根据相关数据统计仅2011年我国农药的产量就高达260万吨,除去部分出口之外,我国国内年消费量也高达160万吨。这是个庞大的数字,按理论需求量来说已严重超标,大量的农药被浪费,而且并未达到理想的效果。在未解决根本问题之前,为保证产量可能还会进一步加大用药量。今天,我们并不注重“杀死”,而是更注重于“调节”,因此,将农药定义为“生物合理农药”(biorationa1
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