时间：2023-06-01 09:49:21
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇表面活性剂论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：绿色，环保，无磷，洗衣粉
0引言
随着人们生活水平的提高，对洗衣粉的需求量也在逐年的增加。然而，当生活中大量的含磷污水被排放到水中，很容易造成水体“富营养化”，破坏水体中生态系统原有平衡[1-3]。与此同时，人们对环境越来越关注，环保意识的增强，人们对绿色环保产品的需求也越来越大，绿色产品也越来越受到人们的重视。随着全国禁磷、限磷区域的扩大，无磷洗衣粉的产量也在不断地增长。免费论文参考网。但是目前市场上的无磷洗衣粉绝大部分是基于4A沸石体系的，与三聚磷酸钠(STPP)相比，许多代磷助剂在软化硬水、分散、乳化、胶溶和缓冲能力方面都有明显的不足，并不能真正起到代替STPP生产高质量的无磷粉的目的。 因此，研制和开发一种无磷洗衣粉是相当有环保意义和经济价值。
目前已有报道[4-5]，以烷基糖苷(alkylpolyglycoside，简称APG)作为表面活性剂合成洗衣粉。在洗衣粉中，使用APG代替AEO或部分LAS具有极高的表面活性、良好的去污效果和生物降解性，同时具有柔软、抗静电及防缩功能。烷基糖苷兼具阴离子和非离子表面活性剂的特性，表面张力低，在硬水中使用仍具有优良的去污力，而且对皮肤粘膜极低的刺激性、无毒性、与其他表面活性剂的良好配伍性及较强的广谱抗菌活性、可与任何类型表面活性剂复配，协同效应明显等性能特点[6-8]，可广泛应用于化工生产的各个领域，被称作是新一代绿色表面活性剂。
1 实验部分
1.1 实验材料与仪器
1.1.1 实验材料
烷基糖苷（APG）、14-烷基二甲基甜菜碱、月桂醇聚氧乙烯醚（AEO-9）、脂肪醇聚乙烯醚硫酸钠（AES）、RL-碱性蛋白酶、香料、荧光增白剂（RBS）等均为工业品；硫酸钠、碳酸钠、过碳酸钠、硅酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）等均为分析纯；精制玉米淀粉为市售。
1.1.2 实验仪器
1.2 实验方案
1.2.1 实验方案一
采用正交实验法选择出与APG表面活性剂复配效果最佳的表面活性剂。
1.2.2 实验方案二
经过实验方案一可以选出与APG复配效果最佳一种表面活性剂。进一步对配方比例进行优化：分别以APG和该表面活性剂的比例为：1:1、2:1、2:3、3:2，做五次实验：（其它配料的百分比仍不变）。
1.3 实验步骤
按照每一组实验方案中表面活性剂的比例，用电子天平分别称量出APG和甜菜碱，再称量出相应的羧甲基纤维素钠，将三种配料放入约500毫升的烧杯里混合并搅拌均匀。分别按比例称量出其他固体配料（除香料、荧光增白剂、RL—碱性蛋白酶），同样放入一个500毫升的烧杯里混合并搅拌均匀。免费论文参考网。等以上两烧杯里中配料都搅拌均匀后，将固体后者加入前一烧杯里混合并搅拌均匀。搅拌均匀后，在不超过30度左右的室温下将其适当干燥。等干燥后再加入适量的RL-碱性蛋白酶、香料、荧光增白剂，然后再混合并搅拌均匀。
2 结果与讨论
2.1 正交试验
2.1.1 正交试验安排
按1.2.1实验方案Ⅰ安排设计L9（33）正交试验，因素水平表见表1。免费论文参考网。
表1 因素水平表
论文摘要:系统介绍了复合柴油的作用机理、研究配制及应用发展。
1
概述
复合柴油是将水和柴油通过复合剂和复合设备复合形成的油包水(W/O)型乳液。早在100多年前，就已有人掺水使用柴油，但是因为那时的柴油掺水技术水平较低，收益不够明显以及石油危机尚未突出等原因，而使柴油掺水技术处于缓慢发展的状态。50年代末，由于环境保护需要以及石油危机等原因，柴油掺水应用技术才获得重视。到了70年代，柴油掺水技术进入到实用性的发展阶段。美国、前苏联、日本等工业发达国家竞相把柴油掺水技术列为国家重点开发研究项目，对掺水复合柴油的复合手段、复合工艺、复合装置、表面活性剂、复合机理及其燃烧动力学和对内燃机的磨损腐蚀以及规格化、商品化等多方面都进行了大量的实验和深入研究。大量的研究表明:油水混合燃料能极大地改善排放污染，节省燃油。同时，柴油掺水复合燃料对内燃机不但没有腐蚀和增加磨损的问题，反而能起到清洗剂的作用，可以降低内燃机维修费用。目前，世界各国研究燃油掺水技术的专业机构空前增加，专利文献和学术论文如雨后春笋般地涌现。在日本、美国、德国等，柴油复合剂早已作为商品销售，现已开发出第三代或第四代产品。日本专营复合油的萨米特公司推出的H一106 ， H一107复合剂产品，销往东南亚各国。纵观柴油掺水技术的过去和现在，它已显示出了强大的生命力。
2复合柴油的节能、降污原理及复合机理
2.1复合柴油节能、降污原理
2.1.1“微爆”效应(二次雾化)
目前，国内外大多数专家认为复合柴油的节能是由于乳液内部的微小水珠的“微爆”效应引起的或称二次雾化。微爆是在高温环境下，由两种或多种有不同挥发性的液体的汽化引起的。由于液体的扩散速度是有限的，稳定性差的液体就会覆盖在表面，从而导致液滴迅速升温。一旦温度达到某个组分的过热极限，微爆就会伴随连续产生并变大的泡核而发生。微爆的作用是提高油滴的表面活化能。复合柴油为油包水(W/0 )型乳液，外相为柴油，内相为水。由于油的沸点比水高，所以受热时水总是先达到沸点而沸腾或蒸发。当油滴内部的压力超过油的表面张力和环境压力之和时，水汽将冲破油膜的阻力而使油滴爆炸，形成更细小的油滴。爆炸后的油滴更细小，因此燃烧更完全，从而达到节能效果。
2.1.2化学效应
有文献对复合油的燃烧化学进行了研究，提出了水煤气反应的重要性，燃料中由于高温裂解产生的碳粒子，能与水蒸气反应生成CO和H2，使碳粒子能充分燃烧，提高了燃烧效率，降低了排烟中的烟尘含量。复合柴油在柴油机燃烧室高温高压条件下发生化学反应，由于复合油中水的存在，促使产生了许多OH"基团，使得消除积炭的反应()速度加快，从而达到降污的目的。有文献提出了其他一些用于解释复合油节能降污的观点，例如掺混效应、汽提效应、改善燃料与空气的混合比例减少过剩空气系数以大幅度降低氮氧化物()的产生等。
2.2柴油复合机理
复合柴油是由普通柴油、水、表面活性剂、助表面活性剂组成。柴油和水是两相互不相溶的体系，作为油包水的乳液，水是分散相，为使水的微小液滴在两相交流中足够稳定，须使用表面活性剂。柴油复合剂能使乳液稳定的因素有二:其一，降低了油一水界面张力，即降低了吉布斯函数，有利于乳液的稳定存在;其二，柴油复合剂的分子在界面处作定向吸附，生成具有一定机械强度的薄膜，阻止分散相液滴的合并聚集。由于乳液中液滴分子作不停顿的布朗运动，频繁地相互碰撞，如果界面膜的强度较小，在碰撞中界面膜容易破裂成液滴合并。因此，柴油复合剂需要二种或二种以上的表面活性剂复配而成，这种复配的柴油复合剂所形成的界面膜有较高的膜弹性，所形成的乳液也比较稳定。目前柴油复合剂的配方根据其结构大致分为五种类型:①阴离子型有烷基磺酸盐类、烷基苯磺酸盐类、烷基蔡磺酸盐类、脂肪酸皂类、烷基醋墟泊酸磺酸盐类等;②阳离子型有简单胺盐类、季胺盐类等;③非离子型有脂类，如脂肪酸聚氧乙烯醋、脂肪酸山梨醇醋;醚类，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;酞胺类，如烷基醇酞胺等;$两型离子型有梭酸类、硫酸类、磺酸类等;④高分子型有天然水溶性胶类、淀粉衍生物类、纤维素类、合成水溶性高分子类等。
3复合柴油的配制及性能
3.1复合剂配方成分的筛选依据
(1)亲油基团与油相具有相似结构的复合剂复合效果好。根据相似相溶原理，要求复合剂的憎水基团的结构和油的结构越相似越好。结构与柴油越相似，界面上的吸附作用也就越强，这样就能既可使油水界面张力降低得多，又能使界面膜的强度大，因而稳定性就好。根据多种活性剂的性能试验筛选最终选择了与柴油的主要成分有相似分子结构的有机酸和复合剂且。
(2)混合复合剂的效果往往比单一复合剂效果好。为了形成稳定的复合液，要求复合剂不仅能大量降低水的表面张力，而且能在油水界面形成坚固的保护膜。有些物质的表面活性大，能大量降低水的表面张力;有些物质表面活性虽然较差，但能在水微粒周围形成坚固的保护膜。选择具有相似分子结构的这两类表面活性剂，把它们组合起来，就可以取长补短，达到更好的复合效果。因此，使用一种以上的表面活性剂加助剂制备的微乳液，比用单一表面活性剂加助剂制备的微乳液更稳定。因此采用了使用混合表面活性剂加助剂进行复合配方设计。
(3)辅助表面活性剂是微乳液形成的一个不可缺少的组分。一般乳状液的形成主要是由于复合剂在油/水界面的吸附，形成坚韧的保护膜，同时降低界面张力，使油(或水)较易分散。但无论如何仍有界面，从而有界面张力的存在，故此种体系是不稳定的。若再加人一定量的极性有机物，可将界面张力降至不可测量的程度;此后即形成稳定的微乳液。辅助表面活性剂是微乳液形成一个不可缺少的组分，它除了能降低界面张力外，还能增强界面膜的流动性，使界面膜的弯曲更加容易，有利于微乳液的形成。
3.2复合剂配方的筛选
虽然有以上这些理论依据，但关于复合剂中各种组分的具体确定，目前还没有成熟完整的理论模式来测算指导，必须靠经验积累和试验实践来确定每种组分的实际复合效果。因此，进行深人细致的实验选择尤为必要。
3.2.1实验试剂
①主复合剂工:由有机酸(酸值为123.3KOHmg/g)和碱溶液反应制成。
②复合剂n:非离子表面活性剂，上海大众药业有限公司，粘度:1 000一1 400mm2/s;
③助表面活性剂:醇类，济南化工二厂，纯度98 %。
3.2.2实验步骤
通过大量的配制试验，考察了各种组分的复合效果，从而最终找到了合适的复合剂配方。所找到的复合剂配方中阴离子型表面活性剂的比例占绝大多数，而非离子型表面活性剂仅占8%左右，这就使所配制的复合柴油成本大大降低。
①配制复合剂的小样。向锥形瓶中加人5lg有机酸，再加人8.5g碱溶液，振荡15 min，待反应完毕后，加人6g复合剂II ，3g助剂，盖上塞子，然后采用手摇振荡的方法使锥形瓶内各种物质完全混合均匀。在室温下静置，待泡沫消失，即得到复合剂。
②配制该复合剂的扩大样。向锥形瓶中依次加人510g有机酸，85g碱溶液及60g复合剂II ， 30g助剂，然后按上述方法配制，得到复合剂的扩大样。将锥形瓶内的复合剂静置一段时间，待液面上的泡沫完全消失后，且再用手振荡锥形瓶也无泡沫产生为止飞这大概需要3h左右。此时用手触摸锥形瓶壁已冷却至室温，待用。
3.2.3实验现象
①在加人碱溶液的过程中，发现溶液液面上会产生泡沫。
②在振荡锥形瓶的过程中，感觉到瓶壁是热的。
③在振荡过程中，液面上有白色泡沫产生，并随复合剂量增加，泡沫层变厚。
3.2.4实验结果
由上述实验步骤得到含有机酸74 %(质量分数)，含碱溶液12%(质量分数)，含复合剂11为9%(质量分数)，含助剂5%(质量分数)的复合剂。该剂为完全透明的棕色油状液体，无特殊不良气味，稳定性好，自配制起至今(半年多)无任何变化。
3.3复合柴油的配制
本此使用上面的复合剂配方来配制微复合柴油，在相同的实验室条件下，分别进行了复合柴油配制的小样试验和扩大试验。
3.3.1试验
配制方式用天平分别称取一定量的水、剂、油(0#柴油)按一定顺序加人到烧杯中，搅拌一段时间后，静置，观察到体系为透明的均相液体后，继续加人一滴剂，重复上述操作，直至体系出现浑浊为止。然后取体系出现浑浊的前一滴加剂量作为该微乳油的最终加剂量，重新按上述步骤配制乳油。从刚刚配制的乳油样中取出一部分，倒人250m1带磨口塞的锥形瓶中，保存起来，观察其稳定性如何。
2配制结果
3结果分析
①从表2可以看出:在水占6%一20 %、复合剂占10%一21%时，均可形成乳油。特别是其中的油样1、油样2、油样3及油样4和油样6不但形成乳油的速度快，而且形成的乳油透明度高、稳定性好。
②试验证明:在小样试验中所配制的复合剂，进行扩大试验后，仍能实现对柴油的复合，这表明该剂的复合能力没有改变。而且在小样试验中可以配成复合柴油的水、油、剂之配比，在扩大试验中同样可以配成乳油。
3.3.4复合哭油指标(以4号样为例)
4我国复合柴油的发展现状及研究方向
我国柴油复合技术研究起步较晚，最近几年发展迅速，已开发出许多较好的复合剂配方并研究了复合复合剂的亲水一亲油值(H LB值)等性质，和国外技术相比，没有合成反应，均采用多种表面活性剂复配而成，只是在复合剂的配方组成上略有差别。这些柴油复合剂配方组成的共同特点是:
1)以非离子表面活性剂为主体的高效复合剂达80%左右。此非离子表面活性剂的亲水基团为聚氧乙烯()。即一般所说的EO链。其醚氧可与金属催化剂络合，提高催化剂活性。
2)低沸点易燃有机物，如丙酮、甲苯、硝酸乙酷、正己烷等。其目的在于降低点火温度，便于内燃机起动。
【论文摘要】：微生物提高石油采收率（MEOR)是目前国内外发展迅速的一项提高原油采收率的技术，它不仅可采出地下流动的原油，也可采出不流动的原油，并能使枯竭井延长生产寿命。
在世界范围内，用常规采油技术只能从地下油藏采出30%～40%的原油。如何提高采收率，从地下采出更多的原油，多年来一直是世界许多国家不断研究的重要课题。微生物提高石油采收率（MEOR)是目前国内外发展迅速的一项提高原油采收率的技术，它不仅可采出地下流动的原油，也可采出不流动的原油，并能使枯竭井延长生产寿命。
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种技术的总称。凡是与微生物有关的采油技术均属于MEOR。国内外微生物提高采收率方式大致有两种。一类是地面法，在地面建立发酵反应罐，为微生物提供必须的营养物质，通过微生物代谢作用产生生物产物(主要是生物表面活性剂和生物聚合物)，将生物产物注入地层从而达到提高采收率的目的。另一类是地下法(油层法) ，指直接将微生物注入到油层，使其在油层中产生各种代谢产物，只要供给微生物足够的营养物质，代谢产物的生产速度就会大于被微生物降解的速度。
2微生物提高石油采收率（MEOR）方法的特点
⑴微生物以水为生长介质，以质量较次的糖蜜作为营养，实施方便，可从注水管线或油套环形空间将菌液直接注入地层，不需对管线进行改造和添加专用注入设备；
⑵由于微生物在油藏中可随地下流体自主移动，作用范围比聚合物驱大，注入井后不必加压，不损伤油层，无污染，提高采收率显著。
⑶ 以吞吐方式可对单井进行微生物处理，解决边远井、枯竭井的生产问题，提高孤立井产量和边远油田采收率；
⑷微生物可解决油井生产中多种问题，如降粘、防蜡、解堵、调剖，最后提高采收率的代谢产物在油层内产生，利用率高，且易于生物降解，具有良好的生态特性。
3 MEOR的作用机理
微生物采油是将地面分离培养的微生物菌液注入油层，或单独注入营养液激活油层内微生物，使其在油层内生长繁殖，产生有利于提高采收率的代谢产物，以提高油田采收率的方法。其作用机理主要是：
（1）微生物在地下发酵过程中能产生各种气体，如CH4、CO2、N2、H2等，这些气体可增加油层压力，降低原油粘度。
（2）微生物在地下发酵过程中能产生有机酸类、醇类、酮类等有机溶剂，其中有机酸类能使碳酸盐地层溶蚀而增加其渗透性，醇类、酮类可降低表面张力和油水界面张力，促进原油的乳化。
（3）微生物在地下发酵过程中能产生生物聚合物，这些生物聚合物能调整注水油层的吸水剖面，控制高渗地带的流度比，改善地层渗透率。
（4）微生物在地下发酵过程中能产生分解酶，它能裂解重质烃类和石蜡组分。重质烃类裂解后，能降低原油粘度，从而改善原油在地层中的流动性能；石蜡组分裂解后，可减少石蜡在井眼附近的沉积，降低地层原油的流动阻力。
（5）微生物在地下发酵过程中产生生物表面活性剂，它能降低油水界面张力并乳化原油，从而提高石油采收率。微生物可产生多种表面活性剂，包括阳离子表面活性剂（如羧酸和某些脂类）及某些中性脂类表面活性剂等。表面活性剂除了能降低油水界面张力和乳化原油外，还能通过改变油层岩石界面的润湿性来改变岩石对原油的相对渗透性，有些表面活性剂还能降低重油的粘度，所有这些作用都有利于提高石油采收率。
4MEOR菌种的筛择和营养液的配制
4.1菌种的筛择
菌种筛选是微生物采油技术的关键。菌种筛选主要向两方面发展，一是提高菌种耐温性，以适合更广的油藏范围；二是提供部分无机营养物，希望以原油为碳源，降低注入营养成本。
微生物采油技术采用的细菌按来源可以分为两类：一是天然细菌，以油田环境为主，包括油田污水、采出油泥沙、地下岩心、长期被原油污染的土壤，浅海油井附近的水和土壤等。主要目的是利用它们某些方面的特性，如嗜盐性、耐温性等。另外，由于内源微生物驱油直接应用地层中的细菌，菌种类复杂，属于一种独立的选择方式。二是人工培植的工程细菌，可以通过紫外线照射、全DNA转化、添加生长因子、反复驯化等手段，提高天然细菌在某一方面的特性，如耐高温、耐盐性、富产表面活性剂、富产气体等，从而培养出新的细菌。用于MEOR的微生物可以是好氧菌、厌氧菌，也可以是兼性厌氧菌。在MEOR实施的过程中，可以单独使用某一菌种，但为了发挥微生物的协同作用，更多的是使用配伍性较好的混合菌种。在选择的过程中应遵循的原则必须适应油藏的环境条件。
4.2菌种筛选的原则与要求:
⑴厌氧条件下能够生存并以原油为营养物；
⑵能够降解石蜡或者大分子烷烃及其它有机物质；
⑶能产生气体(氢气、甲烷等)；
⑷能产生生物表面活性剂；
⑸能产生有机溶剂(甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等)；
⑹能产生有机酸(甲酸、乙酸、丙酸、乳酸等)；
⑺极限温度低于120℃；
⑻极限矿化度低于150000mgL。
4.3营养液的配制
在MEOR中，营养液的配制主要根据选用的菌种、地层条件和工程的目的来确定。 菌种不同， 通常所需要的营养物质也不一样， 微生物一般都需要含磷化合物、含氮化合物、含碳化合物、硫、各种微量金属元素、氢等地层中可能缺乏这些营养物质中的一种或几种。因此， 营养液的组分主要包括地层中缺乏的营养物质。
5结语
微生物强化采油(MEOR)技术能够较显著地提高重油的采收率，是一项具有良好发展前景的三次采油技术。与其它三次采油技术相比，微生物采油技术具有适用范围广、工艺简单、经济效益好、无污染等特点更能满足环保的要求。该技术对提高稠油采收率将起到重要作用。
参考文献
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[3] 石梅、孙风荣、侯兆伟等，大庆油田微生物采油的发展和前景[J].世界石油工业，2000
摄影师厄尼・巴顿受妻子喜爱威士忌的启发，开始拍摄各种威士忌样品――值得注意的是，酒蒸发后在玻璃杯底部形成的图案错综复杂，令人迷惑。他用不同颜色的光来突显这些图案。一段时间后，他发现只有某些威士忌会留下那些表明迹象的环形图案（陈年威士忌、美国或爱尔兰威士忌）。于是他联系了普林斯顿大学物理学家霍华德・司顿，调查这种现象为什么会发生。
你可能注意过那些马虎的客人忘记用杯垫时在你的咖啡桌上留下的不均匀的污渍。这就是所谓的“咖啡环效应”：当一滴液体蒸发，液体之前溶解过的颗粒物质会留下一个环形图案。若是咖啡，之前溶解的颗粒物便是咖啡渣。环形图案的形成是因为液体的边缘比中心蒸发更快。于是，在中心的剩余液体将向外流动到边缘，以填补空白，拖动如咖啡渣一样的颗粒随着它移动。
威士忌是一种所谓的“二元液体”，它大约有60%的水和40%的乙醇。科学家已经知晓，将水和酒精混合可以减少咖啡环效应，但这通常只对很小的液滴才起作用。
威士忌不同，巴顿的照片显示，你可以从更大的威士忌酒滴中得到均匀的痕迹。咖啡环边缘的颜色比中间深，而威士忌在玻璃杯底部干燥后形成复杂的脊状图形。
司顿和他的同事进行了多次实验，发现有两种分子在这里起作用：一种是表面活性剂，另一种属于聚合物，使颗粒吸附在表面而不是随着液体流动。正如迈克尔・斯格博指出的物理重点：
当一滴液体蒸发，表面活性剂就聚集到边缘，形成一个张力梯度，将液体向内拉动（所谓的马朗戈尼效应）。此外，植物衍生的聚合物沾到玻璃杯上，促使颗粒物通向底层，使其紧贴底层。为了证实这一描述，研究人员表明，缺乏任何聚合物或表面活性剂的威士忌样的液体没有产生均匀的痕迹。
“酒泪”现象的背后也有马朗戈尼效应――靠近玻璃杯顶部，即酒的表面以上，形成一个透明液体环。
司顿的研究小组在2014年物理学会议上汇报了他们的初步研究成果，“但我们花了不少时间来完成详细的测量、编写及出版报告并保证它通过审查”。司顿承认，他们不能够识别威士忌里与这些表面活性剂和聚合物效应相关的确切成分――威士忌的化学成分是相当复杂的――但他们确实发现了一些可疑成分。
有一些对这项功能的实际应用，即提高应用于各种工业的涂层均匀性，如3D 打印机。它使用的是一种被称为液体沉积的技术，用于打印过程中层层堆积。
论文摘要：就目前中国对油田化学的定义来看，油田化学主要是指在石油勘探、钻取、运输等过程中所使用的化学方法和各种化学药剂，其中大多数药剂类属于精细的化学工艺产品。本文就将从油田化学的关键步骤入手，详细的介绍相关油田化学药剂在油田化学中的应用，同时也会简单的阐述油田化学产品的大致发展方向及前景。
油田化学是研究油田勘探、采集、钻井和原油运输过程中相关化学问题的科学，也是石油科学中最早发展的一门学科，是由采油化学、钻井化学和集输化学三部分组成，由这些组成部分就组成了油田化学的研究目标和方向。勘探、钻井、采油和原油集输虽然是不同的过程，但它们是相互联系的，所以油田化学的几个组成部分虽然都自己各自的发展方向，但是它们都是相互关联的。油田化学品在油田勘探、钻井、原油集输的过程占有绝对重要的地位，所以在油田化学发展的过程中，为了更好地更顺利地勘采石油，油田化学品的发展应是重中之重。
一、油田化学在各方面中的应用
1.钻井方面
在一般油田钻井的过程中钻进液的使用是最重要的，它是指在油田钻井过程中的以其能够满足钻井工作的需求的一切循环流体的总称。其中钻井液有携带和悬浮岩屑、冲洗井底（钻井液在钻头水眼处形成高速液流，可将钻井液与地层压力差压持在井底的岩屑冲起，起到快速清洗井底作用。）、稳定井壁、平衡地层压力（在钻进过程中通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，防止井塌和井喷等井下复杂情况发生。）、冷却和钻头、钻具、传递水动力（钻井液在钻头喷嘴处以极高流速冲击井底，提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井利用该原理，使高泵压主要分布在钻头处，提高射流对井底的冲击力和钻井速度。）、获取井下信息等这么一些功能。在整个应用过程中，对钻井液也有很多相关的要求，首先应与所钻遇油气层相配伍，满足保护油气层要求，有利于获取良好的岩样、岩芯和电测资料；其次钻井液应具有较好的抗温、抗盐、抗钙镁能力；接着钻井液应环保，减少对钻井人员及环境污染伤害；最后钻井液应具有良好的缓蚀防腐作用，减少对井下工具及地面装备的腐蚀。
2.采油方面
在采油过程中，最常使用的是表面活性剂、高分子化合物、酸化及酸液添加剂，其中常用的几种表面活性剂烷基磺酸钠（AS）（有磺氯酰化法和磺氧化法两种方法合成）、烷基苯磺酸钠（ABS）、Span和Tween型活性剂、聚醚型活性剂—高分子活性剂、多乙烯多胺型活性剂—AE、AP型活性剂，这些活性剂的作用主要是为了能在油田形成吸附界面膜，降低表面张力的物质，更好更方便地采集石油。油田采集中的酸化是决定油好坏的最重要的一步，酸化是用酸或潜在酸处理油田层，以恢复或增加油田层渗透率，实现油田井增产和注水井增注的一种新技术。酸化的分类主要有酸化分类：按油气层类型可分为碳酸岩油气层酸化和砂岩油气层酸化；按酸化工艺可分为基质酸化和压裂酸化；
按酸液组成和性能可分为常规酸酸化和缓速酸酸化。基质酸化：是指在低于岩石破裂压力的条件下，将酸液注入油气层，使之沿径向渗入油气层，溶解孔隙及喉道中的堵塞物。压裂酸化：简称酸压，是在足以压开油气层形成裂缝或张开油气层原有裂缝的压力下，对油气层挤酸的一种工艺。常规酸化：是指直接使用盐酸处理碳酸盐岩油气层或碳酸盐胶结的砂岩油气层和直接使用氢氟酸或土酸处理泥质胶结的砂岩油气层。缓速酸酸化：是指用缓速酸处理的油气层的酸化。缓速酸是指为了延缓酸与油气层岩石的反应速度，增加酸的有效作用距离而配制的酸。目前国内外使用的缓速酸主要有：自生酸、稠化酸、乳化酸、泡沫酸和化学缓速酸等。酸液添加剂主要有缓蚀剂 、铁离子稳定剂、表面活性剂、稠化剂。
3.原油的集输方面
原油在集输得过程中井壁结蜡会影响原油的产量，甚至会堵塞 油井，迫使油井停产。管线结蜡会使泵压升高，甚至使原油失去流动性，在管内冻结。决定原油流动性的因素为：粘度、粘度、屈服值（即在一定温度下，原油停输后，使原油重新流动所需要的最小压力（启动压力）。改善流动性可采取降粘、防蜡降凝及降低屈服值以及降阻的方法，而防蜡降凝又是改善流动性的关键。）
在地层的温度和压力下，蜡一般溶在原油中。随着油从井筒上升，系统的压力下降气体从原油中逸出，并发生膨胀，吸热，导致原油温度降低，同时由于气体会把原油中的轻组分带出一部分，使原油的溶蜡能力降低，石蜡结晶就从原油中析出，造成油管结蜡。原油与管壁间的温差造成输油管道中的结蜡。在现今油田化学技术中主要使用的是防蜡剂，利用防蜡剂的作用，改变石蜡的结晶形态。蜡晶改性剂的分子中要有与石蜡分子不同的链节，这种物质加入原油中可以改变石蜡结晶形态，使蜡不能聚集长大成网络结构，不易沉积，而易被油流带走。
4.水处理方面
油田污水主要是指从原油脱出的含油污水。处理油田污水目的污水一般都含油、盐、SAa，且水温高，随便排放会造成环境污染，因此，一般采用污水回注。就目前看来，我国处理油田污水的化学方法主要是：除机杂方面是用凝聚或者加硫酸铝、聚合铝 、铁盐等加以沉聚。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，无法达到除油标准）；斜板分离除油（斜板罐）增加分离设备工作表面积，缩短油粒上浮距离，提高分高效率“浅池理论”；凝聚与絮凝（混凝除油法）加凝聚剂、絮凝剂使油成絮团与水分离而除去。乳化油珠常常带负电，加入带正电的凝聚剂和絮凝剂，通过电中和作用使油珠变大，油珠上浮，达到除油的目的；
二、油田化学品的发展趋势
1.油田化学品的纳米材料的相关研究使得钻井液的胶体更加稳定，这种材料的研制也满足了油田开发所需的正电离子高和表面积很大的增粘剂的要求，现在的油田中所使用的化学品由纳米的材料制作的主要有：有机正电胶BPS、正电MMH。
2.钻井液是油田化学的重要化学剂，最早的钻井液就是从天然的产物改良而来的，所以，现在对既廉价的既实用的改良的天然的聚合物钻井液的研制仍然显得非常重要，在实际的应用中，具有很潜在的应用前景。
3.综合水溶性聚合物疏水性的研究。该聚合物就是在原来的水溶性聚合物大分子上插入很少的疏水链而形成的一种新型聚合物。这种聚合物具有较强的疏水性。当聚合物的相关浓度超过临界的结合浓度时，就可以形成结合为主要结构的超级大分子结构，这样的结构就让该聚合物能够形成很好的增粘效果。
三、总结
油田化学的主要功能主要是更好地保证油田中钻井、原油的采集、污水的处理等方面的运作。本文直接从油田化学的化学品方面对油田中相关的方面的主要作用和效果作了详细的论述，解释了一些油田化学剂在使用过程中的应用原理，最后简单的概述了现今油田化学品的发展趋势，相信本文对我国油田的发展有所裨益。
参考文献：
【关键词】氨基硅油乳液 乳化泵 分层 共轴乳化釜 乳化剂 均匀混合液体
1 共轴乳化釜生产现存情况
公司在这几年的生产过程中一直存在产品质量稳定性较差和单釜产量不能放大问题，主要表现在：1车间生产装置无法达到实验室乳化效果，即无法实现手工搅拌的机械效果；曾对共轴搅拌进行过两次改进，效果有一定改进但始终无法达到预期效果，为此只能通过配方调整弥补一定的设备不足问题，80%以上的高粘度硅油稳定性较好，虽然通过增加产品黏度（即降低产品流动性）质量稳定性提高但随之带来厂家化料困难问题，出现需要额外送反应釜供客户化料现象。主要技术问题在于：如何解决瞬间乳化和快速混合均匀问题，以及解决乳化过程中“雪花膏状”非流体黏度过程的处理上）2生产装置不宜放大，1吨不锈钢共轴搅拌釜进行500-700公斤的乳化效果不能用2吨、3吨进行取代。在销售增长情况下出现生产平颈问题，生产时间长而产能小，生产成本高问题。
2 新型氨基硅油乳化工艺2.1 原理
利用合理的乳化剂（表面活性剂）上“疏水基团”同氨基硅油形成分子间键能结合原理，通过机械搅拌、剪切力作用下，将乳化剂均匀分布在硅油分子表面，形成均匀混合液体。在均匀混合体中逐步加入“水”，利用吸附在硅油表面的乳化剂分子上的“亲水基团”同水结合，完成逐步形成一个“油包水”体系在经过“转相”达到一个稳定的“水包油”体系。
氨基硅油乳化过程中，油珠颗粒大小与外观的透明度关系油珠直径小于0.05μm呈透明“悬浮液”。该透明“悬浮液”油珠的重力、分子间引力、在温度、外力等影响下，远远小于乳化剂间的结合键能，解决了传统工艺易分层的问题。
2.2 系统组成
控制系统：利用PLC、变频器、电磁流量计控制硅油与水的流量，达到乳化的配比稳定误差小于5%。 硅油与乳化剂混合釜：利用普通搪瓷反应釜完成硅油与乳化剂的均匀混合，采取电磁流量计计量以及合理的温度控制，实现乳化剂与氨基硅油形成分子间键能结合。水槽：利用合适的水槽采取电磁流量计计量以及合理的温度控制，完成合适的硅油乳化水量控制。转子泵：电机转速为0～1450r/min；宁波得利时泵业有限公司。完成硅油原液与乳化剂混合后的物料输送，常规配置，电机采用变频器控制。离心泵：转速为0～1450r/min；完成硅油乳化用水量的补给，常规配置，电机采用变频器控制。高剪切乳化泵：高剪切乳化泵泵体代替乳化釜实现混合无死角、快速剪切、缩短生产时间，高效制备W/O体系的氨基硅油乳液。电机转速为0～2900r/min；常规配置，电机采用变频器控制。硅油乳液槽：普通收集槽，保温控制。
2.3 乳化工艺流程
2.3.1 氨基硅油工艺流程图，（见图1）
2.3.2 氨基硅油工艺
3 新旧工艺生产定性对比
（1）共轴乳化釜与高剪切乳化泵装置之间差异性对比：（见表1）
（2）硅油乳液产能统计对比表：（见表2）。
从设备结构上可以看出：乳化泵是将原本1-2米直径的乳化主体转移到25-30厘米泵体内乳化，解决瞬间乳化和快速分散混合作用，因其乳化速度取决于泵体处理功率大小，产能放大容易同时解决生产平颈问题（在产量增加情况下，实现连续流水化作业）。
4 结束语
新型的氨基硅油乳化工艺提高产品品质与产品性能，解决共轴釜无法实现的乳化质量问题，如高粘度硅油易分层问题（目前新工艺已经可以做到1个月甚至更长时间不分层）；提高了生产效率，解决反应釜物料容量瓶颈，降低产品能耗及相应生产设备投入成本；同时提升了硅油乳化工艺的探索，改变传统的釜体搅拌乳化的生产模式，从产能、品质上了实现了质的跨越，体现了小装置大生产的先进性。从本套设备生产原理上，本装置可以通过对高速剪切乳化泵速度控制来调整乳化质量（即硅油颗粒度），能够根据使用的不同需要提供不同类型硅乳，给新产品研发提供试验平台。该新工艺尝试，为产品大批量规模化生产提供了参考经验。
参考文献
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关键词：单磺酸盐 多磺酸盐 高效液相色谱 极性萃取 界面张力
中图分类号：TE357.46 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）05-0378-02
石油磺酸盐是油田常用的一种驱油用表面活性剂，含有活性物、未磺化油、无机盐等组分。由于原料油成分复杂，不同地区和不同批次的原料油差异也很大，加之磺化剂和磺化条件不同，所得到的磺化产物的结构和性能差异很大，这些不确定因素导致合成出的石油磺酸盐产品性能不稳定[1]。为了便于试验研究，要对石油磺酸盐的组分通过极性萃取分离，并通过HLPC进行分析[2]。另外，石油磺酸盐的组成、分子结构、当量及当量分布等性质的分析评价对于开展石油磺酸盐的理论研究及指导其在三次采油中的应用至关重要。通过对PS中各组分的研究，发现PS体系中的多磺酸盐对界面张力、聚合物粘度都有着直接的影响。
一、SLPS中活性物的萃取分离
一般情况下多磺酸盐的极性最强、双磺酸盐次之、单磺酸盐极性最弱，所以通过极性萃取可以在一定程度上对不同组分的磺酸盐进行分离。通过界面张力测定，可以分析各组分磺酸盐对界面张力的贡献。
1.实验仪器及药品
2.实验步骤
称取100g石油磺酸盐产品，转入1000ml分液漏斗中，加入750ml50%异丙醇水溶液，混合均匀，用400ml正戊烷，分三次萃取。将上层溶液收集，旋转蒸发、烘干后，称取未磺化油质量。
下层溶液用700ml苯进行萃取，第一次用苯300ml、随后每次用200ml。上层溶液收集后，在80℃旋转真空蒸发，得到组分a，称重。苯萃取后的下层溶液，用400ml氯仿分三次萃取，得到组分b，旋转蒸发并烘干，称重。将氯仿萃取后的溶液蒸干后，溶于750ml 仲丁醇水的饱和溶液中，用450ml蒸馏水分三次萃取，得到组分c，以及剩余组分d，然后分别烘干、称重。
3.实验结果及讨论
将极性萃取所得各活性物组分进行PLPC分析，检测其单、双、多磺酸盐含量。对活性物峰面积进行积分。通过极性萃取法对石油磺酸盐中的各组分进行萃取，随着萃取剂极性的增加，萃取层单磺酸盐含量减少，双磺酸盐和多磺酸盐含量增加。最终的萃余层含有大量的双、多磺酸盐。未磺化油、苯、氯仿萃取相中磺酸盐成分十分相似，以单磺酸为主，含有少量的双磺酸盐和多磺酸盐。这部分磺酸盐具有较高的当量和较强的油溶性。可以将这三部分磺酸盐混合为组分h。
仲丁醇饱和水溶液萃取相中的磺酸盐以双磺酸为主，同时含有一定量的低当量单磺酸盐，多磺酸盐含量较高。萃余相中主要是亲水性很强的双磺酸盐和多磺酸盐，单磺酸盐含量较少。
单、双、多磺酸盐的亲油性依次减弱，亲水性依次增强。对于三次采油而言，不同的油水体系对磺酸盐的当量分布要求不同，一般轻质原油需要较低的当量分布，而重质原油需要当量较高的磺酸盐。注入水矿化度对磺酸盐也有很大的影响，矿化度越低，需要的磺酸盐当量要求越高。可见，对石油磺酸盐进行极性分离，具有十分重要的意义，可以根据不同的油水条件对磺酸盐进行选择和复配。
二、各组分对界面张力的影响
1.实验仪器和药品
2.实验步骤
将SLPS分离组分h、d、e用胜利油田孤岛东区注入水配制成0.3%浓度的活性水；分别用h、d、e检测油水界面张力；将h分别与d、e组分复配，检测油水界面张力；界面张力测定温度70℃，转速5000rpm。
3.结果与讨论
单一的组分h具有很强的界面活性，可以将油水界面张力降至超低。而单一的d、e组分都不能有效的降低油水界面张力。在组分h中加入组分d、e，界面张力都会升高，e升高速度快于d。e是仲丁醇饱和水溶液的萃余相，其亲水性要强于d，同时双磺酸盐和单磺酸盐含量高于d。从表3中可以看到，对于孤岛东区油水体系亲水性强的磺酸盐组分会在很大程度上导致界面张力的升高。由于e的亲水性高于d，其对界面张力的影响更为显著。
表活剂之所以可以降低油水界面张力是因为表活剂分子可以在油水界面上富集，其亲油基进入油相亲水基进入水相，从而加强了油水分子间的相互作用，使界面张力降低。表活剂分子在油水界面上富集，必须具有合适的HLB值和亲油基结构[3-5]。SLPS的亲油基团主要为直链或直链饱和烃。由于石油结构复杂和磺化反应中副反应的存在，使产品结构复杂，通过极性萃取可以按照HLB值的不同在一定程度上将复杂的磺酸盐组分进行分离，具体到石油磺酸盐则表现为对不同亲油基链长和不同磺酸基数目组分的分离。
三、磺酸盐各活性组分对聚合物粘度的影响
胜利油田二元复合驱，以HPAM 和SLPS复配。注入液粘度是重要参数，如果SLPS对其粘度影响太大，则无法发挥HPAM的调剖作用，无法有效的扩大波及系数，使驱油效果降低。
3.1实验仪器及药品
2.实验步骤
将孤岛东区HPAM配制成1800ppm聚合物溶液，室温老化24h；分别用SLPS组分h、d、e配制成0.3%、0.5%、0.9%三个浓度的溶液；放入70℃恒温水浴，每间隔24h测一次粘度。
3.结果与讨论
不同组分对HPAM粘度的影响是不同的。组分h对HPAM粘度的影响较小；组分d、e对HPAM的影响较大，粘度下降迅速，并在2d达到最低值，此后粘度稳定在最低值附近。
表活剂分子和HPAM之间存在氢键、络合、吸附等复杂的作用[6-9]。在聚合物的水溶液中，HPAM分子量比较大，在溶液的存在状态、舒展程度直接影响溶液的整体粘度：偶极水分子通过吸附或者氢键在聚合物分子周围形成溶剂化层或者成为束缚水，同时因为带电基团的静电斥力而使聚合物分子更加舒展，无规线团的体积增大，这就使得分子运动的内摩擦力增大，流动阻力增加，溶液的粘度增加。表观粘度是直接影响聚合物溶液流度控制作用的指标，它取决于聚合物在特定溶剂中的分子尺寸、数量以及空间结构。加入表面活性剂后，由于两者之间的相互作用会改变聚合物分子的构象，进而改变聚合物分子之间、聚合物分子与溶剂分子之间的内摩擦力，导致宏观溶液粘度的变化[10]。
HPAM之所以能够提高水溶液的粘度，是因为HPAM高分子链在水溶液中舒展，形成网状结构，从而阻碍了水分子的运动。HPAM在水溶液中的舒展状态主要取决于HPAM分子与水分子的氢键作用，以及HPAM的分子完整程度。SLPS是阴离子表活剂，其亲水基是磺酸铵不会与HPAM形成氢键，但是磺酸铵在水中电离出NH4+。HPAM亲水基为羧酸铵，加入SLPS后在溶液中引入了大量的NH4+，从而使HPAM亲水基的双电层压缩，降低其与水分子的作用，从而使HPAM分子伸展程度不足，造成了粘度降低。SLPS中的h、d、e组分分子量依次降低，在加入相同质量浓度各组分的情况下，分子量越低引入体系的NH4+也会越多，这样对HPAM粘度的影响就会更加显著。
四、结论
1.利用HPLC可以快速准确的检测SLPS中单、双、多磺酸盐含量；
2.通过极性萃取可以分别得到富含单磺酸盐、双磺酸盐和多磺酸盐的活性组分；
3.对孤岛东区油水体系，多磺酸盐和双磺酸盐组分的界面活性差，无法有效降低油水界面张力，并且会在很大程度上影响单磺酸盐组分的界面活性；
4.对孤岛东区油水体系，多磺酸盐和双磺酸盐会极大的减小HPAM水溶液的粘度。
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[关键词]涂装废水；处理工艺；综述
[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2016)04-0096-02
在科技迅猛发展的今天，汽车产业的发展能有力的拉动一个国家经济的综合发展，推动科学技术的发展。因此，各国均将汽车产业作为支柱产业之一。2013年我国共生产汽车2372.29万辆，销售2349.19万辆，汽车产业的蓬勃发展为整个国家经济的增长提供了强有力的支撑。但是任何事物都是一分为二的，汽车产业的快速发展也带来的了一定的负面影响。随着汽车产业的快速发展，汽车产业与能源消耗、环境污染之间的矛盾也日益突出。目前汽车制造一般分为冲压、车身、涂装和装配工艺四大环节，其中涂装工艺是产生废水排放最多的工艺。涂装废水含有树脂、表面活性剂、重金属离子、油、磷酸盐、油漆、颜料、有机溶剂等污染物，CODcr值高，若不妥善处理，会对环境产生严重污染[1]。如何有效的处理汽车涂装废水中的有害物质，己经成为摆在汽车制造企业面前的一道重要课题。国内外各方也对此给予了高度重视，在工程实践和科学研究方面取得了很大的进展。本文对汽车涂装工艺废水处理研究及实践进展进行了综述。
1涂装工艺废水的特点
1.1涂装废水的来源
汽车涂装作为汽车生产过程中的重要环节，是将拼装完成的的钢板车身经过一系列化学防腐处理，最终在整车钢板基材表面包括内腔形成若干层化学涂层和相关保护介质，其主要作用是防止车身钢板腐蚀和美化车身外观。汽车涂装工艺流程包括预处理、电泳涂装、电泳打磨、PVC材料密封、中涂涂装、中涂层打磨、色漆涂装、清漆涂装、烘烤、整理报交、点修工艺、门槛黑漆、空腔注蜡、总装返修等，其工艺流程图如图1所示[2]。图1涂装工艺流程图Fig.1Processflowchartofpainting涂装废水主要来自于车体前处理工序(预脱脂、脱脂、表调、磷化、钝化等)、阴极电泳工序和中涂、喷面漆工序。脱脂剂、磷化剂、表面调节剂和磷酸等是汽车涂装废水的主要污染物[2]。
1.2废水成分及特点
废水中含有的主要有毒、有害物质如下[3]：涂装前处理：亚硝酸盐、磷酸盐、乳化油、表面活性剂、Ni2+、Zn2+；底涂：低溶剂阴极电泳漆膜、无铅阴极电泳漆膜、颜料、粉剂、环氧树脂、丁醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、二甲基乙醇胺、聚丁二烯树脂、二甲基乙醇、油漆等；中涂、面涂：二甲苯、香蕉水等有机溶剂、漆膜、颜料、粉剂。汽车涂装废水有如下特点[4]：废水种类多、成分复杂汽车涂装线排放的废水种类很多，每一种废水水质(成分浓度)因使用的材料而异；排放无规律。除部分水洗水连续溢流排放外，涂装废水多为间歇集中排放；水量、水质变化幅度的大。由于各种废水成分、浓度各异，且排放无规律，造成汽车涂装线排水水量、水质变化很大，且无规律可循。
2处理技术及其研究进展
目前应经有多种技术用于涂装废水的综合处理或是针对某一成分作深化处理，其研究和工程实践的范围涉及物理法、化学法和生物法等多种处理方法。
2.1物化处理方法
物化法一般采用两级混凝沉淀，通过在废水中投加混凝剂，是污染物形成大颗粒的团聚物，经过沉淀、过滤加以去除。物化法原理简单、投资省、占地少，一般可用于排放要求不高的污水处理工程中。但单独采用物化处理难以达到较高的水质要求。天津某汽车制造工厂[5]的生产污水处理站选用对于化成废水单独进行除镍的预处理，主体采用一级反应-混凝沉淀-二级反应-气浮的物化工艺。经监测，水质可以稳定的达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的三级排放标准。磷化废水中重金属镍为国家控制的一类污染物，根据国家环保部门规定，此工厂设置预处理系统，将金属镍离子浓度处理到1.0mg/L以下，从而达到国家的要求。蔡莹等[1]针对汽车涂装废水中含有树脂、表面活性剂、重金属离子、油、颜料等污染物，特别是其中成份复杂，浓度高，可生化性差的电泳废水、喷漆废水，采用分质处理、混凝沉淀、混凝气浮、砂滤等工艺对涂装废水进行处理，取得了良好效果：CODcr去除率大于80%。
2.2生物处理方法
生物处理方法就是用微生物降解水中的有机物。该方法的优点是运行费用低，有机物的去除率高，处理过程消耗的能量少。但微生物对环境条件要求较高，处理运行周期较长。江铃集团公司涂装车间生产过程中产生大量的涂装废水，废水中含有乳化油、表面活性剂、水溶性树脂、颜料、漆料等有毒物质。公司于2004年8月投资建成了曝气生物滤池(BIOFOR)废水处理设施，自建成投用以来，运行状况良好。系统出水各项指标达到污水综合排放标准一级排放标准。整个废水处理工程具有处理能力强、处理效果好、耐冲击负荷、不需二沉池、工艺流程简单等优点。其工艺流程如图2所示[6]。刘敏等[7]研究了应用SBR工艺对涂装废水进行处理，采用射流曝气技术提高了氧的转换效率，同时对运行中的工艺参数进行探讨。结果表明应用SBR工艺处理涂装废水中的有机物是十分有效的；射流曝气技术在涂装废水中的应用是成功的。它有效地提高了混合液中溶解氧的浓度，从而提高了有机物的去除效果，降低了运行成本；生物处理的维护管理十分重要，生物相的观察和污泥性能的测试，可以有效指导操作和维护，是生物处理效果的间接反映。
2.3物化-生化处理法
由于汽车涂装废水具有成分复杂、水量波动大、排放无规律的特征，当采用单一的物化法或生物法处理废水时，存在出水不稳定达标、处理费用较高等等特点。随着废水排放标准的逐渐提高，物化生化法取代单一处理方法而成为今后汽车涂装废水处理的主要方法。该法具有处理效果稳定、运行成本低和操作管理方便等特点，能有效地去除汽车涂装废水中的污染物，具有较好的经济效益和社会效益。合肥某汽车制造厂是生产客车专用底盘和轻型载重汽车的全国汽车行业重点企业，其技术人员在深入调研的基础上，提出强化分质预处理的物化-生化法处理生产废水的方案，在优化汽车生产废水处理工艺方面进行了有益的探索。对含磷废水和高浓度有机废水分别采用石灰法和混凝沉淀-气浮法进行分质预处理。经混凝沉淀-生化-过滤工艺处理后，COD≤100mg/L，磷酸盐(以P计)≤0.5mg/L，可达标排放[8]。杨德敏、夏宏等[9]根据某汽车公司车架车间生产废水处理工程的实际情况，本着尽量减少工程投资、降低处理难度和运行成本的原则，最后确定采用预处理/气浮/水解酸化/接触氧化处理工艺，将阳极电泳废水和面漆废水分别进行预处理，然后采用气浮/水解酸化/接触氧化组合工艺进行处理。工程设计规模为200m3/d，调试运行结果表明，该组合工艺抗冲击负荷能力强，运行较稳定，出水水质达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。柳州某汽车制造厂根据汽车制造涂装废水特点，对上述涂装废水处理工艺进行了整合优化，先进行分类收集，分类物化预处理，然后将经过预处理后的涂装废水与厂区生活废水进行混合调节，再经过生化处理系统进行处理(其工艺流程如图3所示)。工程设计规模为160m3/d，调试运行结果表明，该组合工艺预处理系统与生化系统集中建站，生活废水为生化系统提供养分，降低了建设成本与运行成本，且方便运行管理，出水水质达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。
2.4其它研究进展
汽车涂装废水成分复杂，处理涉及面广。因此，为了更好的对涂装废水进行处理，除了对传统物化法、生物法和物化-生物法的研究实践，还有许多学者对诸如涂装废水除镍、处理工艺设备的运行维护、废水循环利用等方面做了大量研究。汽车涂装废水含有较高浓度的镍。汽车涂装废水一般采用混凝沉淀加生化的处理工艺，往往会忽略对镍的处理。而镍是国家严格控制的一类污染物，含镍废水的处理难度又较处理含其它金属废水要大得多，研究汽车涂装废水中除镍的工艺参数，具有现实意义。王春冬[10]等研究了化学沉淀法处理汽车涂装废水中镍的工艺参数，为满足汽车涂装废水中镍的达标排放提供保证。研究表明汽车涂装废水中影响镍质量浓度的主要因素是脱脂废水的变化，pH对漂洗废水和混合废水中镍的处理效果影响显著，投加氢氧化钙300mg/L，pH控制在11左右时，镍的去除率可以达到90.5%。江大水[11]对如图4所示的处理工艺进行了实践研究，根据实际运行，采用本处理工艺进行汽车涂装废水的处理，以下方面在设计和控制是比较重要的：水量水质调节、除油、反应条件、石灰除磷、补充营养盐、采用合适的生化池。本项目自建成以来，运行稳定，各项出水指标均优于设计指标。物化段有针对性地对重金属和磷进行了前处理，生化阶段主要对COD进行处理。晋启俊[12]等以汽车涂装车间废水资源二次利用为主题，探讨涂装车间如何再利用蒸汽和纯水附属产品-冷凝水及浓缩水，来达到节水和节能的目的，从而降低了废水排放量。冷凝水的再利用包括：再利用至空调喷淋段、再利用至空调表冷段，经过空调表冷段二次利用后的蒸汽冷凝水集中回收后送至热电厂进行再次利用。附近没有热电厂的可以将蒸汽冷凝水回收后利用泵对办公楼进行供暖，减少生活楼空调使用的消耗；浓缩水含有较高无机盐分，经过验证和实际经验证明浓缩水可以直接应用到汽车涂装生产线的喷漆室进行再利用，如：喷漆室晾干间、废漆处理循环水系统及工位和厂房供风空调喷淋段、卫生间等。
3结论及展望
汽车涂装生产工艺中产生的废水中含有多种高分子树脂、表面活性剂、乳化油及有机溶剂等，具有水量、水质波动大，成分复杂、COD含量高但可生化性差等特点。目前常用的涂装废水处理方法包括物化法、生物法和物化-生物法，采取多种手段与处理方式相结合进行综合处理，对于成分复杂且污染物浓度较高的涂装废水能达到比较理想的处理效果。从可持续发展与清洁生产的角度来看，应该改进涂装生产工艺，改良涂装材料，提高涂装技术，强化涂装生产管理，以便减少污染物的排放。
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关键词：乳化废液 湿式氧化出水 生化处理 分离技术
乳化废液也称高浓度乳化废水，属于高浓度难降解废水，目前在工程实际中还没有一种切实可行的治理措施，问题的关键在于预处理技术不过关。由于传统的预处理方法如粗粒化、电解破乳浮选、吸附等技术难以实现污染物的有效分离，新兴的膜分离技术用于含非离子表面活性剂的乳化废水的处理时易造成严重的膜面污染，因而都难以推广应用［1］，而湿式氧化方法［2、3］却能有效地分解乳化废水中的高分子有机物，并解除其生物毒性，是有效的预处理技术。采用湿式空气氧化法处理乳化废水，在200～220 ℃的操作条件下能够得到较高的有机物去除率，但是若原水浓度很高时也难以做到一步达标。由于该工艺［4］的设备投资及运行成本(主要是空压机能耗)较高，因此考虑采用湿式氧化作 为预处理手段以改善废水的可生化性，再以生化方法彻底解除污染是本研究的思路［5］。针对乳化废液的湿式空气氧化出水开展SBR间歇工艺处理研究的目的在于为该种废水的后续处理摸索现实可行的途径。 1 试验材料及方法 1.1 试验材料
未经处理的乳化废液主要成分是非离子表面活性剂及其毒性助剂。取某汽车空调器生产车间产生的铝制品清洗废液，其CODCr浓度达50000 mg/L，试验用水为其经过200 ℃ 和220 ℃ 氧化2 h后的出水。在此条件下，氧分压为1.2 MPa、反应2 h分别获得75%和85%的COD去 除率。经对比可知，未经氧化的乳化废液表观呈乳白色浆状，经过氧化后的出水为透明的黄色或淡黄绿色，其CODCr浓度为8000～14 000 mg/L，pH值为4.20左右。SBR好氧试验用水为该湿式氧化出水经稀释配制而成。
1.2 试验设备
试验用2个筒式间歇生化处理装置(SBR)，其容积分别为3 L和2 L。
其中3 L反应器主要用来研究进水CODCr浓度为2 000～3 000 mg/L的情况，2 L反应器则针对进水COD为1 000～2 000 mg/L的情况。SBR装置的运行周期为1 d，进水为0.5 h、沉淀为1.5 h、排水为0.5 h，排水量和进水量均为容积的1/2。
1.3 试验方法
由于直接利用的湿式氧化出水在厌氧工况下几乎没有降解效果，因此SBR试验主要考察了好氧状态下的生物降解情况。氧化出水稀释成一定浓度、再调节pH值后送进SBR反应器内，然后开启曝气装置进行反应，反应结束后沉淀排水。在进水后每隔2 h取样一次，在曝气时段的中间处取样100 mL用于MLSS的测定以了解其沉降性能。
1.4 测试指标［6］及方法
测定项目及方法见表1。 表1 测定项目及方法 测试指标 方法 CODCr 重铬酸钾法 BOD5 稀释接种法 生物毒性 DXY—2检测仪 挥发酸 蒸馏滴定法 注： 生物毒性检测装置采用中科院南京土壤研究所研制的DXY—2型生物毒性检测仪。 2 可生化性分析
对于工业废水，若单纯采用B/C值来衡量其可生化性则存在较大的局限性。对于含化学合成产品的废水，由于其成分复杂，在BOD5测定中需采用高倍稀释的方法，难以 真正体现废水的可生化性，但B/C值又是判断可生化性的一个基本前提，因此 在进行生化试验之前从多方面考察了湿式氧化出水的可生化性。
2.1 B/C值
乳化废液在未氧化之前，其B/C值在0.05～0.10左右，可生化性极差。经过温度为2 00 ℃、氧分压为1.2 MPa氧化2 h后，出水CODCr浓度为12 000 mg/L左右， B/C平均值提高至0.51；在220 ℃、氧分压为1.2 MPa氧化2 h后，其CODCr 可由原来的50 000 mg/L降至9 000 mg/L左右，B/C平均值提高至0.55。若单从 B/C值来看，经湿式氧化后废水具有良好的可生化性。
2.2 生物毒性变化
经检测，未经处理的乳化废液具有很高的毒性，与0.12 mg/L氯化汞溶液的毒性相当；而经过200 ℃和220 ℃氧化后的废水仅相当于0.02 mg/L氯化汞溶液的毒性。
2.3 废水成分的变化
未经氧化的废水按照对COD贡献率分析，其非离子表面活性剂约占80%，矿物油占10%，其他添加剂占10%。在200 ℃下、氧化2 h后出水中低级脂肪酸(乙酸)含量大约在30%左右，其作为挥发酸约占COD贡献率为49%，而最终出水中不仅存在挥发酸(如乙酸)，还存在小分子的醇类(如甲醇、乙醇以及低级醚、低级酯等)，估计小分子有机物总量可在50%以上，因此在毒性基本解除的情况下，该废水完全有可能采用生化工艺进一步处理。 3 SBR试验结果与讨论
SBR工艺操作过程一般分为进水、反应、沉淀、排水、闲置5个阶段，影响处理过程的因素主要是好氧曝气时间，因此重点考察了曝气时间对不同进水负荷下有机物去除率的影响。试验污泥浓度为2 500～6 000 mg/L，起始VSS/TSS为0.60，正常运行后VSS/ TSS为0.87左右，污泥活性高、沉降性能良好。
3.1 原水pH值的调节
试验用水(湿式氧化后出水)pH值一般较低(pH=4.2左右)，从微生物生存的一般环境来说，污水环境的pH值不能低于细菌细胞的等电点，pH值过低和过高均会破坏细菌的细胞外壁结构，因此在好氧运行时必须对原水pH值稍加调节。SBR体系的缓冲能力试验结果.
调节SBR系统进水pH值为5.0左右，则COD去除率稳定在94%左右。起始点进水 CODCr为500 mg/L时，第1天调节进水pH值为4.70，则有机物去除率较低；第 10天的有机物去除率也很低是由于经过污泥取样分析后使污泥浓度骤然下降所致。
3.2 处理效果 试验用活性污泥为某污水处理站MSBR中试剩余污泥，具有较好的活性。初期以低负荷(COD Cr为300～500 mg/L)进行驯化，经过一周培养后污泥由黑褐色变成灰褐色、黄色，污泥絮体也由原来的细末变成粗大的矾花状，污泥沉降比达50%，1.5 h基本完成整个沉淀过 程。培养稳定后逐渐提高进水有机物负荷，每一进水负荷均运行一周左右再进行下一操作。SBR1＃(3 L)装置从进水CODCr为500 mg/L开始提高负荷。
当进水CODCr为1 000 mg/L、曝气时间为8 h时，COD去除率达96%左右；当进水CODCr浓度为2 000 mg/L、曝气时间由8 h调整为10 h时，COD去除率为95% 左右；当进水CODCr为2 500 mg/L、曝气时间为10 h时，COD去除率为93%；若延长曝气时间至12 h， COD去除率上升至95%左右；当进水CODCr浓度升至3 000 mg/L、曝气时间为12 h或14 h时，有机物去除率均在93%以上。
3.3 进水浓度和污泥浓度
进水有机物浓度和污泥负荷是影响总有机物去除效率的重要因素。不同进水浓度和污泥负荷下的运行结果见表2。 表2 各工况运行参数 进水COD(mg/L) 进水 曝气 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
当进水CODCr浓度为1000、1 500 mg/L、污泥浓度为2 500～2 800 mg/L、污泥负荷为0.6 kgCOD/(kgMLSS·d)时，COD去除率为95%；随着进水COD浓度的进一步提高，污泥增长加快，当进水CODCr浓度为2 000～3 000 mg/L、污泥负荷下降至0.5 kgCOD/ (kgMLSS·d)甚至更低时，COD去除率则提高至96%；当进水COD浓度为3 000 mg/L、运行时间较长、后期由于取样及排泥和延长曝气时间等原因而使污泥浓度下降、污泥负荷提高时，COD去除率降至94%。在污泥负荷＜0.5 kgCOD/(kgMLSS·d)、进水CODCr为3 000 mg/L时，出水CODCr为100～120 mg/L。
3.4 有机物降解过程
为了解有机物随时间变化的降解情况，对进水CODCr为1 000～3 000 mg/L的各种工况进行了有机物降解过程的考察，即每一浓度条件下呈现出相似的规律：初期具有较高的降解速率，后期降解缓慢；约98%～99%的有机物是在开始曝气后5 h之内完成的。
由于是小试，曝气时间长，污泥浓度提高较慢，特别是测量污泥浓度会大量减少污泥量，因而在试验规模的污泥浓度下，曝气几小时较难保证出水CODCr在100 mg/L以下。实际应用时可以较低曝气时间运行，不断提高污泥浓度(SBR工艺的一个特点就是可以获得很高的污 泥浓度)，这样即使进水有机物浓度达到3 000 mg/L，在提高污泥浓度、降低污泥负荷后， 出水达标也是可能的。
3.5 处理后水质的稳定性
经过SBR工艺处理后的排放水具有很好的稳定性，试验中测定了进水CODCr为2 00 0 mg/L、出水CODCr为108 mg/L时的生物毒性和B/C值，测得的发光菌发光度高出空白值200%，完全没有生物毒性；其B/C值为0.042，接近清洁河 水的B/C值。
4 结语
① 乳化废液经过湿式空气氧化后具有良好的可生化性，适于采用生化方法做进一步处理。当进水CODCr浓度在1 000～3 000 mg/L时，COD去除率均在94%左右。
② SBR间歇工艺仅仅是作为一种试验方法，目的在于验证生物化学方法的有效性，并不仅限于SBR工艺。
③ 按照GB 8978—1996中的一级排放标准(CODCr≤100 mg/L)，进水有机物浓度不宜过高，可在2 500～3 000 mg/L左右，污泥负荷应不超过0.7 kgCOD/(kgMLSS·d)，曝气时间可控制在5 h以内；若执行二级排放标准，应适当降低污泥负荷，则进水COD浓度可在3000 mg/L以上。
致谢：特别感谢任鹤云先生对论文的悉心指导。 参考文献
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吴瑾光作为国家号召“向科学进军”后北京大学化学系毕业而被推荐的第一批博士生,后随导师徐光宪院士调至原子能系;吴在全民办原子能参加土法炼铀时曾因在实验中手被割破浓铀进入血液而中毒,身体长期以来由于造血功能受损相当羸弱。但在家人关爱及爱人徐端夫院士的支持下,踏实肯干的吴长年执着于科研工作,特别是为红外光谱的研究,打下了扎实科研基础。
潜心研究打基础
创新性研究的突破性进展源于长期基础研究的科学积累。1974年从工作了三年的无线电系被调回化学系分析站的吴瑾光因感兴趣而主动选择管理红外光谱仪。当时的分析站面向社会,为其他科研和工业生产单位提供技术支持,很多有技术疑难的单位经常到北大寻求帮助。
75年前后,公路研究所试图由炒沥青铺路改为先进的乳化沥青;不用加热又省原料的常温铺路。由展览会得到了国外的两个黑白溶液样品,想要解析乳化沥青的成份与原理。公路所找了很多单位,都无法解决。后来就找到了吴这儿来。她欣然接受了这项任务,回家后和徐端夫一起讨论研究方案。她先查了文献研究了国际动态,然后用自已做的色谱柱去分离,接着用红外光谱检测,再研究了表面活性剂的红外图谱,终于解决了这个问题。最后,便和公路所的研究人员确定了乳化沥青的制造方案,在大连建产生产适用我国的表面活性剂,实现了产业化,在5个省进行了乳化沥青实验铺路。后该成果发展成国家大项目。
几乎同时,北医三院的周孝思主任来找北大化学系解决胆结石问题。胆石主要有胆固醇结石与色素型结石。色素结石难溶且食物脂肪低易患。此症中国非常多,死亡率非常高,仅次于癌症;欧美这种结石病人少见有关很少,不了解其成分与形成机理。后来,周主任就来找了吴瑾光教授。吴认为红外光谱有可能提供一条突破口,于是就接下来了这项科研任务。徐端夫院士也很感兴趣并参加合作,他们应用配位化学的方法把90%以上的成分提取了出来,并对结石主要成分进行红外研究和凝胶电泳鉴定。该成果后来在中华医这会外科学会上做了报告,产生了很大的学术影响。在这工作的基础上,该课题组又做了多年的结石研究,对结石成因提出新见解取得了一系列成果。在国内多次得奖并获得美国优秀科研奖。
无创肿瘤诊断
后来,周医生去美国宾西法尼亚大学跟其内科主任S教授进修。周医生向S教授介绍了与吴合作用红外研究胆石的成果,S教授非常惊奇,他想做的工作中国竟已做成了,他是一位对红外光谱有一定造诣的医学博士。便邀请吴进行合作研究。吴赴美进行科研合作三个月,在国际会议上发表了几篇论文。当年年底,S教授就访问中国,要求与吴科研组建立长期的合作。
90年代,当肿瘤成为人类社会共同关注的医学难题。已有的各种诊断方法都满足不了手术治疗的需求,非常迫切需要发明一种更快捷,更有效的检测新方法。于是,由吴瑾光教授牵头,把研究方向发展至肿瘤研究。
因为红外光谱是分子结构变化的灵敏探针,因此从分子结构变化的角度入手,用红外法研究细胞的分子结构变化来检测肿瘤。文献常通用切片和匀浆法等破坏样品方式制样。他们突破常规的思维发展了一些新的检测方法,从而做到了在不破坏样品的前提下直接对肿瘤组织进行检测。并与医院合作,首先对冻存肿瘤样品进行检测,然后又设计改造了红外光谱仪,使之稳定可搬到了手术室外,对手术后新鲜肿瘤组织测定,建立了几万张规模的红外光谱图库,较为系统地研究了10多种肿瘤的光谱特征,观察到良性和恶性肿瘤的差别规律性。并进而用红外光纤做原位在体肿瘤检测。
在归纳比较总结这些实际数据的前提下,课题组从化学原理上反复论证红外光谱检测肿瘤的新方法的科学依据,并把检测结果与金标准病理结果相比较,严格论证;证明了该方向的实用性与高效性。
2004年6月,由北京大学化学院吴瑾光教授联合北医三院、北大口腔医院、中科院化学所徐端夫院士课题组、北京第二光学仪器厂和西安交大第一医院等共同完成的“肿瘤临床诊断的红外光谱新方法”的科研项目的成果由北京市科委主持通过了鉴定。
该项目率先提出了一种可用于肿瘤诊断和临床医疗应用的红外光谱肿瘤检测的新方法,它可在3-5分钟快速准确地判断肿瘤,实现了对肿瘤的在体、原位、实时检测,可为外科医生选择手术方案提供快速诊断报告,对手术治疗过程很有帮助。红外检测结果与病理诊断金一标准比较对照,两者符合率达90%以上,该成果具有原创性并拥有自主知识产权。
三腺肿瘤诊断及现状
在和医院的合作中,口腔医院提出了新的要求:由于腮腺部位神经比较多,如手术中伤了神经,可能使脸部变形,比较麻烦。希望能做到腮腺肿瘤的无创,预先诊断,以提供足够的做手术方案的准备时间。
在一次偶然的机会中,吴发现从腺体表面皮肤,用中红外光纤光谱能准确检测出乳腺增生、良性肿块和癌变等不同程度病变。后来试着把该技术转移到腮腺的诊断,结果证明了从腮腺表面皮肤反映的光谱变化也完全能观察到该腺体病变的情况。目前,这一新技术已能实现对腮腺、乳腺、甲状腺三种腺体的诊断。这种无创、无痛苦、快速、便捷的检测方法具有比较明显好的应用前景。目前,课题组已申请并获得了该技术的中国和美国专利。
该方法所用的中红外光纤是其中的关键技术。原来使用的是美国Spectech出产的中红外光纤,这种光纤价格昂贵,易损坏,并且该项公司已停产,而且国际上也找不到适用的中红外光纤。课题组张元福教授经过几年的努力,现已研制成新的性能优异的中红外光纤,这种光纤耐用而不易损坏,且价格远比国外进口光纤低,最近已经在北大第三医院投入临床使用。至此,该课题组已经完全掌握了具有自主知识产权的整套体表无创诊断三种重要腺体良恶肿瘤的技术。
近来,天坛医院也来找吴瑾光、徐怡庄课题组,要求对脑瘤的诊断进行合作。目前,这项研究的结果也日渐明朗,近期将发表相关论文。
关键词:大功率白光LED;封装工艺可靠性;光斑;光通量
中图分类号:TN312+.8文献标识码: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
全世界已越来越重视节能省电的问题,而LED照明又被视为是下个10年颇受关注的应用,LED要走入普通照明仍有许多问题要克服,主要是由于发光效率太低､成本太高等两大限制,然而此两大限制却皆与大功率白光LED封装技术的发展息息相关｡LED封装的功能主要包括:(1)机械保护,以提高可靠性;(2)加强散热,以降低晶片结温,提高LED性能;(3)光学控制,提高出光效率,优化光束分布;(4)供电管理,包括交流/直流转变,以及电源控制等｡为提高大功率LED封装技术的可靠性,究竟可以从哪些方面去努力呢?
1 大功率白光LED封装关键技术
剖析LED封装所需的每一道制程可知,大功率白光LED封装技术可细分成:(1)支架的设计(包括取光与散热);(2)晶片的选择与排列方式;(3)固晶方式;(4)金线线形与粗细;(5)荧光粉种类与涂布结构;(6)Silicone Lens的曲率与折射率｡此六项制程皆对LED的散热性能(热阻值)､光通量(流明)､发光效率､相对色温(CCT)､光色的均匀性､寿命等特性深具影响,因此每一环节皆不可轻忽｡下面将针对荧光粉涂层结构､封装胶体､大尺寸晶片封装作一些研究,并逐一说明其对LED特性影响的关系｡
具体从大功率白光LED封装以下几个关键技术做如下研究和说明:
1.1 荧光胶封装工艺
荧光粉的作用在于光色复合,形成白光｡研究表明随着温度上升,荧光粉量子效率降低,出光减少,辐射波长也会发生变化从而引起白光LED色温､色度的变化｡较高的温度还会加速荧光粉的老化,原因在于荧光粉涂层是由硅胶与荧光粉调配而成,散热性能较差,当受到紫光或紫外光的辐射时,易发生温度碎灭和老化,使发光效率降低｡此外,高温下荧光胶的热稳定性也存在问题｡
1.1.1 光斑改善问题
传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与硅胶混合然后点涂在晶片上｡根据白光的发光原理可以知道,如果荧光粉加入的量太多就会造成发出的光偏黄,加入的量太少就会使得发出的光偏蓝｡现选用相对应波段的黄色荧光粉和硅胶,根据荧光粉的发光效率合理配制荧光胶,做出的白光其色坐标是在x=0.333,y=0.333附近,但是封装出的成品光斑是一片蓝,一片白,四周黄｡这是因为荧光粉被蓝光激发的不均匀,也就是说荧光粉的细小颗粒没有被蓝色的光完全激发｡分析具体的原因可能是荧光粉的涂敷厚度和形状未控制好,晶片各个发光面的荧光粉敷盖厚度不均或荧光粉沉淀导致出射光色彩不一致,出现局部光偏蓝或者偏黄｡
为了解决光斑不均匀问题,根据两层透镜的光辐射图样,凸透镜的角度与外封胶形成的透镜角度是相近的,于是我们选取荧光粉在支架面上形成的凸透镜,即荧光胶点凸杯,这样光斑有一定的改善,但效果仍然不是很理想｡
于是引入了扩散剂用以增强蓝光激发荧光粉的效率,增强荧光粉的发光效率｡通过实验,发现扩散剂的确对光斑有了改善,使得发出的光斑均匀一致,但是对LED进行测试的时候,发现其亮度不能达到预期的效果｡
1.1.2光通量提高问题
在烘烤的过程中,不同温度和时间对荧光胶的沉淀有不同的影响,使得荧光粉溶液的浓度分布均匀度有偏差,最后造成白光LED的色温分布不均,使得白光LED的亮度和光斑都不能达到预期效果｡那如何改善荧光粉的沉淀,这是新一步研究的问题｡从三个方面去改善:
(1) 通过生产工艺改善｡即生产过程中,在很短时间里将荧光胶均匀搅拌并脱泡,加快点荧光粉的速度,点好荧光粉的半成品很快进入烘烤,同时依据硅胶特性选定最合适的烘烤温度和时间｡
(2) 加入一种新的物质,使得荧光粉在高温下也能保持很好的均匀混合状态｡于是导入了化工里面的一种可以同时吸附有机物和无机物的表面活性剂,在温度和湿度以及荧光粉溶液都相同的条件下,将其中一瓶加入表面活性剂,并做好标号,将两瓶溶液都搅拌相同的时间至均匀｡将其分别排入晶片上,分时间间隔进行色温测试,通过实验我们得到了如图1所示色温变化图:
70min后加入表面活性剂的溶液比不加活性剂的溶液中荧光粉的沉淀率降低将近14%｡
(3)采用倒装晶片,将荧光粉混合溶液直接涂抹在晶片上｡所用到的溶液胶体不再是硅胶,因为硅胶的流动性较强,如果用传统的硅胶来混合荧光粉,荧光粉溶液就会从晶片表面溢出,所以这里选择可以自动成型的UV胶,将UV胶与普通荧光粉按照一定的比例进行均匀混合调配,将调配好的原料加入点胶机针筒对大功率发光二极管晶片进行点胶涂布,将涂布完成的晶片用紫外灯照射进行固化,完成固化工艺过程｡UV胶固化后对光线无遮挡,透光性极强,紫外光固胶,固化速度快,产能高,同时流明值提高近10%｡
1.2 封胶胶体的研究
在LED使用过程中,电子和空穴复合产生的光子在向外发射时产生的损失,主要包括三个方面:晶片内部结构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损失;由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失｡
根据折射定律,光线从光密介质入射到光疏介质时,当入射角达到一定值,即大于等于临界角时,会发生全发射｡能射出的光只有入射角小于临界角所围成空间立体角内的光,因此其有源层产生的光只有小部分被取出,大部分易在内部经多次反射而被吸收,易发生全反射导致过多光损失｡为了提高LED产品封装的取光效率,必须提高外封胶的折射率,以提高产品的临界角,从而提高产品的封装发光效率｡同时,封装材料对光线的吸收要小｡为了提高出射光的比例,封装的外形采取模塑(molding)半球形,这样,减少了出射界面由于折射率差引起的反射损失,而且光线从封装材料射向空气时,几乎是垂直射到界面,因而不再产生全反射｡
对大功率白光LED 模塑进行灌胶,选取透光率､折射率､耐热性较好的双组份有机硅胶,这种封胶材料不会因为温度的剧变所产生的内应力使金线与引线框架断开,并且全硅胶形成的"透镜"不会黄变｡
1.3 大尺寸晶片封装
目前,在大功率白光LED中,要在照明领域中普及,取代白炽灯,必须提高总的光通量或者说可以利用的光通量｡光通量的增加可以通过提高集成度,加大电流密度､使用大尺寸晶片等措施来实现｡虽然大型LED晶片可以获得大光束,不过加大晶片面积会导致晶片内发光层的电界不均等,发光部位受到局限､晶片内部产生的光线放射到外部过程会严重衰减｡同厂商60mil和45mil晶片,其它封装物料相同,初始光通量60mil晶片比45mil晶片高了5个流明,但1,000h老化衰减大了10%,其成品老化光通量衰减对比如图2所示:
目前大尺寸晶片封装的散热,抗衰减等技术问题仍有待进一步研究｡
1.4 封装可靠性测试与评估
LED器件的失效模式主要包括电失效,如短路或断路､光失效,如高温导致的灌封胶黄化､光学性能劣化等;机械失效,如引线断裂,脱焊等｡而这些因素都与封装结构和工艺有关｡对于主要用于照明用途的大功率LED,其使用寿命一般指LED输出光通量衰减为初始的70%的使用时间,寿命测试通常采取加速环境实验的方法进行可靠性测试与评估,对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题｡
2 结束语
环保议题日益突出,各国政府持续推动节能政策,LED照明市场前景很是乐观｡大功率白光LED封装是一个涉及到光学､热学､机械､电学､力学､材料､半导体等多学科的研究课题｡为了提升LED封装技术的可靠性,须着重LED封装技术的每一环节,从某种角度而言,LED封装不仅是一门制造技术,而且也是一门基础科学｡良好的封装需要对热学､光学､材料和工艺力学等物理本质的理解和应用｡在封装过程中,虽然散热基板,荧光粉,灌封胶等材料选择很重要,但封装结构,如热学界面,光学界面及封装方式对LED光效和可靠性影响也很大｡大功率白光LED封装需要不断的引入新材料,新工艺,新思路来提高其可靠性及在照明领域中的地位｡
雷曼光电愿与各界同仁一起致力于大功率LED的研发,为LED光电事业做出贡献｡
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关键词：应用型人才；物理化学；食品专业；实践能力
中图分类号：G40-012 文献标志码：A 文章编号：1009-4156(2012)08—142-02
物理化学是食品、环境、制药、材料、能源等工科专业一门重要的基础课程，在各专业课程体系中具有服务后续课程和培养理论素养的作用。然而，物理化学理论性强，内容抽象，概念多、公式多、条件多、计算多，所需的数学和物理知识较多，对侧重于工程技术能力培养的工科专业学生普遍感到难学、乏味，甚至产生厌学心理。地方性本科院校主要以培养满足地方经济和社会发展需要的应用型人才为办学目标，因此，在物理化学课程教学中必须根据学校的办学定位，树立课程教学服务于授课专业的意识，让学生感到学有所用，培养他们的实践能力，提高课堂教学效果。本文根据食品专业的培养目标，结合物理化学课程的特点，从课程教学体系的构建、教学方法的采用和考核方式的改革等方面，探讨在物理化学教学中进行应用型人才的培养具体做法。
一、以基础够用为目标，构建课程教学体系
地方本科院校食品专业培养能够在生产一线从事技术管理、产品开发、品质控制等方面工作的应用型人才，因此，课程体系设计和教学内容选取应与专业培养目标相一致。物理化学知识是学习食品专业课程的重要基础，课程定位应突出“服务性、基础性、应用性、衔接性”的特点。知识体系的建立应遵循“基础够用、应用为本、培养能力”的原则，加强物理化学基本知识的教学，注重理论知识在生产和生活实践中的应用，培养学生的实践意识和实践能力。食品专业物理化学课程只有54学时，教学时数少，在维持化学热力学、化学动力学、电化学以及胶体与表面化学等知识体系的前提下，既要考虑系统性又要重视实用性，根据专业需要，在学时分配上有所侧重，如表1所示。其中，热力学第一定律、第二定律及其应用是物理化学的基础知识，设计学时较多(占总学时的38.9％)，目的在于让学生打好基础，确保基础知识够用；电化学和化学动力学知识在食品专业课程学习中应用不多，只作为一般掌握的内容，设计学时少些(只占总学时的25.9％)；胶体与表面化学知识与食品专业关系密切，需加大学时投入(占总学时的35.2％)，而且这部分知识要结合专业需要进行教学，体现出为专业服务的应用性特点。在教学内容设计方面，要将物理化学基本理论的应用放在重要位置，以培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。
二、以能力培养为核心，灵活选用教学方法
在教学过程中培养学生的能力，是实现应用型人才培养目标的重要途径。因此，在物理化学课程教学中，教师要根据教学内容的不同灵活采用各种教学方法，激发学生的学习兴趣，让他们积极参与教学过程，提高课程教学效果和教学质量，实现培养学生能力的目的。
(一)根据学生的知识基础，培养学生自主学习能力
教师在教学中教会学生获取知识的方法，比教会他们知识更为重要。因此，我们在物理化学教学中，根据教学内容的难易程度，适当给学生布置自学任务，目的在于培养学生自学能力和获取知识能力。比如，关于“化学平衡”的概念，学生在中学化学和无机化学中就有接触，在热力学第一、第二定律基本知识学完后，可以把“化学平衡”一章安排给学生自学，为了保证自学的效果，教师应给学生制定自学提纲，指出主要概念、公式和重点、难点，避免自学的盲目性。为了检查自学效果，可以采用考试或课堂讨论的形式，让学生对自学的内容进行总结，教师应指出存在的问题，以引起学生对自学内容的重视。教学实践表明，在每章学习结束，让学生自己进行总结，将相关知识点归纳、串联起来，也可以培养和锻炼学生的自学能力。
(二)通过课堂讨论的方式，培养学生创新能力和语言表达能力
在课堂讨论前，教师根据教学内容的特点，拟定讨论题目让学生思考和查阅资料，课堂讨论时学生要提出自己的观点，并对他人的观点提出意见。比如，关于“可逆过程”概念的讨论，有的学生认为可逆反应就是可逆过程，而有的学生则提出反对意见，并列举了一些证据，正反双方展开辩论，各持己见。在课堂讨论过程中，教师要深入到学生中间，鼓励学生大胆发言，肯定正确的观点，纠正错误的认识。实践表明，根据教学内容特点采用课堂讨论的形式，能够充分发挥学生的主体地位，有助于培养学生的创新能力和语言表达能力。
(三)采取理论联系实际的教学方法，培养学生解决实际问题的能力
物理化学的基本理论来源于生产实践，反过来对生产实践又具有指导意义。教学中若能将理论知识应用于实践，不但能够激发学生的学习兴趣，而且有利于培养他们用理论知识解决实际问题的能力。比如，讲授凝固点降低，可以列举“北方冬天用凉水浸泡冻梨”的道理，“冬天下雪时在路上洒盐的目的”；讲授渗透压，可以介绍“施肥太多会把植物烧死”等问题；讲授表面现象，可以结合“给植物喷洒的农药为何要加入表面活性剂”、“锄地保墒的原理”等现象来介绍；讲授胶体化学，可以介绍“明矾能使浑浊的水澄清”、“卤水点豆腐”、“江河人海口会形成三角洲”等原理。事实上，教学过程中列举一些与生产、生活实际密切相关的实例，能够增强课堂教学趣味性，有利于提高教学效果。此外，在学完每一部分内容后，让学生在生活实践中寻找有关问题，并运用相关知识进行解释，不但有助于培养学生发现问题和解决问题的能力，而且使他们认识到生活中的实际问题蕴涵着深刻的科学道理。比如，通过查阅资料学生们将电镀知识与表面活性剂的知识相结合，解释了在电镀液中添加表面活性剂的作用；从表面张力角度解释了荷花“出淤泥而不染”的荷花效应；根据酶催化的原理解释了在果蔬保鲜时如何控制温度。
三、以知识应用为目的。改革课程考核方式
应用型人才培养既要重视课堂教学，也要重视课程考核方式的改革。传统的物理化学考核是期末一卷定终身，过于强调学生对书本知识的掌握程度，而忽略了学生知识应用能力和创新能力的考查。为了客观评价学生的学习效果，我们建立了全程考核(也称过程考核)的机制，将考核成绩分为平时成绩和期末成绩。平时考核包括出席情况、课堂讨论、课堂提问、课后作业、课程论文等方面，这样可以客观地反映学生的学习情况，也可以督促学生集中精力学好课程。期末考核重点检查学生对知识的理解和应用能力，采取笔试的考核方式。考核内容中的客观题(包括选择题、填空题、是非题)所占比例较小，而主观题(包括计算题、简答题、应用题)所占比例应较大，目的是不让学生死记硬背知识，而是应用所学知识解决实际问题。比如，2009级食品和制药专业期末试卷中，客观题的分数只占30％，其余均为主观题。其中，有一道主观题要求学生举例说明物理化学的基本原理在实际中的应用，考核了学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力，增强了物理化学课程考核的实效性。实践表明，采用全程考核的方法可以客观地反映学生的学习效果，调动他们学习的积极性，有助于提高教学质量。
