造紙術(shù)是我國古代四大發(fā)明之一，隨著現(xiàn)代造紙技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種紙的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大提高。但是由于造紙業(yè)的發(fā)展，也造成了嚴(yán)重的水體污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前我國有大中小型造紙廠1 0000余家，年排放廢水量高達(dá)40多億m3，占全國廢水總排放量的十分之一，紙廠廢水污染江河湖泊水體的問題不容忽視。

造紙工業(yè)泡沫問題由來已久，特別是在紙漿生產(chǎn)及造紙廢水的處理中，泡沫問題尤為突出。造紙制漿原料含有樹脂酸，在堿法制漿工藝中樹脂酸被皂化，被皂化的樹脂酸進(jìn)入生物處理裝置，當(dāng)通入壓縮空氣后，會形成大量的到處飄飛的黃色泡沫。在廢液處理過程中，泡沫使廢液處理效率下降，并使廢水流失、飛濺，污染環(huán)境。如污水處理采用活性污泥表面加速曝氣工藝時(shí)，在表面曝氣充氧過程中產(chǎn)生大量泡沫覆蓋表面，不僅使充氧發(fā)生困難，影響微生物生長，降低生化處理效率，而且泡沫橫溢，使表面曝氣無法進(jìn)行。由此可見，造紙廢水中的泡沫不但影響污水處理設(shè)施的運(yùn)行，而且還會直接影響到水體的環(huán)境。因此，對造紙廢水泡沫的處理就變得十分重要，有機(jī)硅消泡劑作為一種高效消泡劑，有著其他非硅系消泡劑的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。

1、消泡原理

消泡劑的消泡原理是當(dāng)消泡劑加入到起泡液后，消泡劑的分子團(tuán)與泡沫液膜接觸，然后滲入到液膜上，再在液膜上鋪展開來，使液膜變薄或者斷裂，從而導(dǎo)致泡沫的破滅。消泡劑要發(fā)揮作用首先必須滲入到泡膜雙分子膜中，其滲入能力可用滲入系數(shù)E表示。消泡劑滲入后需要快速散布開，其散布能力可用散布系數(shù)S表示。按ROSS提出的公式：

E=γF + γDF –γD（1）

S=γF + γDF – γD （2）

式中：γF--泡沫介質(zhì)的表面張力；γD--消泡劑的表面張力；γDF--泡沫介質(zhì)和消泡劑之間的界面張力。

當(dāng)E>0時(shí)，消泡劑滲入泡膜中；E<0時(shí)不能滲入。當(dāng)S>0時(shí)，消泡劑能在液膜面擴(kuò)展；S<0時(shí)，不能擴(kuò)展。因此，當(dāng)E>0，S>0時(shí)，消泡劑才能產(chǎn)生消泡作用。

2、消泡劑主體成分的選擇

消泡劑要獲得良好的消泡效果必須在起泡液面上迅速鋪展開來，消泡劑在液面鋪展越快，則消泡能力越強(qiáng)。因此，用做消泡劑主體的物質(zhì)必須具備以下的條件：(1)基本不溶子起泡液；(2)比起泡液體有更低的表面張力；(3)在起泡液中容易分散開來；(4)具有良好的化學(xué)惰性。

根據(jù)以上的原則，有機(jī)硅的特性很適宜用做消泡劑的主體成分，特別是二甲基硅油具有下列特點(diǎn)：

(1)在水和一般油中的溶解度低，具有較高的活性。化學(xué)結(jié)構(gòu)上二甲基硅油具有特殊的結(jié)構(gòu)，主鏈?zhǔn)?mdash;Si—O—Si--的無級結(jié)構(gòu)，是非極性的分子，所以與水或含有極性原子團(tuán)的物質(zhì)不相溶，因而二甲基硅油在水和一般的油中溶解度很低，可以用較少量的二甲基硅油獲得很高的活性。

(2)二甲基硅油的表面張力比水、表面活性劑及一般的起泡液的表面張力都低，易于在起泡液面鋪展，消泡能力強(qiáng)。

(3)具有化學(xué)穩(wěn)定性、生理惰性。二甲基硅油化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難于與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且其是生理惰性物質(zhì)，可以說是沒有毒性的，已經(jīng)被證明是對人體安全的物質(zhì)。

(4)硅油熱穩(wěn)定性好，長時(shí)間可耐熱150℃，短時(shí)間300℃不分解。

(5)含有機(jī)硅的消泡劑消泡能力強(qiáng)，用量少，不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

3、有機(jī)硅消泡劑類型

有機(jī)硅消泡劑按其產(chǎn)品的形態(tài)主要可分為油狀型、硅油溶液型、乳液型及固體型四大類，其中乳液型硅油消泡劑的使用面最廣，用量最多。

3．1油狀有機(jī)硅消泡劑

二甲基硅油由于有著良好的化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性及低表面張力、不溶于水、易于在表面鋪展等諸多優(yōu)點(diǎn)而被用作消泡劑的主體成分，低粘度硅油消泡效果好，但持續(xù)性差；高粘度硅油消泡效果慢，但持續(xù)性好。一般規(guī)律是起泡液粘度越低，選用的硅油粘度應(yīng)越高，反之，起泡液粘度越高，選用的硅油粘度越低。單純的有機(jī)硅，如二甲基硅油，并沒有消泡作用，但將其乳化后，表面張力迅速降低，使用很少量即能達(dá)到很強(qiáng)的破泡和抑泡作用，成為一種重要的消泡劑成分。通常在硅油中混入一定比例的經(jīng)疏水處理過的二氧化硅助劑，形成油復(fù)合型消泡劑，二氧化硅作填料，因其表面有大量的羥基而有助于增強(qiáng)硅油在起泡體系中的分散能力，增加乳液的穩(wěn)定性，明顯改善消泡性能。

3.2溶液型有機(jī)硅消泡劑

溶液型有機(jī)硅消泡劑是硅油溶解在一些特定的溶劑中，從而使有機(jī)硅消泡劑顆粒變得微小，分散性能得到改善，能更好地散布在消泡對象中。所選擇的溶劑必須既能溶解硅油，同時(shí)該溶劑也能很好地溶解于起泡介質(zhì)中?？蓪⒂袡C(jī)硅溶解在多氯乙烷、甲苯、二甲苯等有機(jī)溶劑中，制成的硅油溶液適用于非水體系的消泡；也可以將硅油溶解在乙二醇、甘油、其它醇等有機(jī)溶劑中，制成適合水相體系的消泡溶液。硅油溶液消泡劑是借助溶劑攜帶硅油并分散在起泡液中，溶劑擴(kuò)散，硅油凝聚成微滴，從而發(fā)揮消泡作用。

3．3乳液型有機(jī)硅消泡劑

有機(jī)硅乳液一般為乳白色有良好流動性的液體，有著較高的化學(xué)穩(wěn)定性，較好耐熱性能及生理惰性，可以有效地提高硅油在水相中的分散性能，既可應(yīng)用于非水相，又可應(yīng)用于水相，有著較廣的使用范圍。由于硅油比較難以乳化，如果乳化不完全，再使用時(shí)有破乳的情況出現(xiàn)時(shí)將會嚴(yán)重影響到其消泡性能。而乳液的穩(wěn)定性是消泡劑好壞的重要指標(biāo)，所以乳化劑的選擇是關(guān)鍵。乳化劑屬于表面活性劑，能在硅油和水兩相界面上形成定向的單分子層，使表面張力降低，還能形成結(jié)實(shí)的復(fù)合膜，從而能使乳液體系獲得穩(wěn)定的效果。同時(shí)，在消泡劑加入二氧化硅氣溶膠，可以增強(qiáng)其消泡能力。

二氧化硅氣溶膠的作用機(jī)理：

(1)Si02氣溶膠提供了水進(jìn)入硅油液滴內(nèi)部的極性界面，因而，有助于硅油的分散，同時(shí)又阻礙了硅油小液滴合并的作用；

(2)疏水Si02氣溶膠本身就是一種消泡劑，所以，添加疏水Si02

氣溶膠，實(shí)際上是硅油微滴和SiO2氣溶膠消泡劑的協(xié)同效應(yīng)。

有機(jī)硅乳液的生產(chǎn)技術(shù)對乳化劑有一定的要求，要形成穩(wěn)定的乳液，必須選擇合適的乳化體系，乳化劑分子的親水親油平衡值要選擇合適，此外被乳化物與乳化劑憎水基之間的親和力，結(jié)構(gòu)越近，則乳化效果更好。Span、Tween類乳化劑有著與硅油相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在硅油的乳化上有著廣泛的應(yīng)用。在選擇乳化劑時(shí)，一般多選用幾個(gè)HLB有一定差別的乳化劑進(jìn)行復(fù)配，效果較采用單一的乳化劑好。要使乳液穩(wěn)定，乳化劑的用量也要講究，如果用量太多，雖然穩(wěn)定性改善，但乳液會過于粘稠，消泡效果下降，若用量太少，則乳液不穩(wěn)定，易分層。所以在配制消泡劑時(shí)，要兼顧到穩(wěn)定性和活性兩者的關(guān)系。

3．4固體型有機(jī)硅消泡劑

乳液型消泡劑中乳化劑的存在使得當(dāng)消泡成分消失后乳化劑反而起到了助泡作用，因而乳化劑的含量是乳液型消泡劑需要考慮的問題之一。固體消泡劑就是將消泡劑的有效成分附著固定在固體微粒的分散體系的表面，同時(shí)解決了消泡成分和乳化劑的問題。

固體有機(jī)硅消泡劑貯存穩(wěn)定性好，便于運(yùn)輸，使用方便。通過改變其載體或助劑，既能用于水相，又能用于油相，且有較好的介質(zhì)分散性。因此，固體有機(jī)硅消泡劑在很多行業(yè)都有著很好的應(yīng)用前景。韓玉林等以有基硅油、聚醚油酸酯、自炭黑為主要消泡成分，以食鹽和4A沸石為固體載體制備出了具有優(yōu)良消、抑泡性能的固體消泡劑，該消泡劑除可以用于各型紙張生產(chǎn)外還可以用于發(fā)酵、涂料、污水處理等領(lǐng)域，具有低成本、沒有三廢污染、便于貯存等眾多優(yōu)點(diǎn)。

4.聚醚改性有機(jī)硅消泡劑

聚硅氧烷類消泡劑具有消泡速度快、低的表面張力、無生理毒性等特點(diǎn)，但是它抑泡能力差，難溶于水，在高溫和強(qiáng)堿的環(huán)境下消泡效果表現(xiàn)不佳；而聚醚型消泡劑與水具有良好的親和性，耐高溫、耐強(qiáng)堿，但是它消泡、抑泡效果都不理想。聚醚改性有機(jī)硅消泡劑就是通過嵌段共聚或者接枝共聚在聚硅氧烷鏈段上引入聚醚鏈段，使聚硅氧烷增加親水性，使其具有自乳性，同時(shí)，聚醚鏈段作為親水基團(tuán)的引入，也可降低聚硅氧烷在油體系中的親和性和溶解性，這種聚醚改性硅油類共聚物兼有原兩類消泡劑的優(yōu)點(diǎn)，表面張力比純聚醚型的低，而且比純硅氧烷的水分散性能好，由于發(fā)揮出了兩種組分的協(xié)同性能，使得其消泡和抑泡性能都更為出色。聚醚改性硅油具有很強(qiáng)的乳化能力，能乳化硅油和自乳化，使整個(gè)乳化體系非常穩(wěn)定；由于兼具有聚硅氧烷的低表面張力和聚醚的易分散性的特點(diǎn)，使消泡劑易于分散鋪展；高于濁點(diǎn)溫度時(shí)具有消泡性，低于濁點(diǎn)溫度則分散在起泡液中，使消泡持。

5.有機(jī)硅消泡劑發(fā)展前景展望

有機(jī)硅消泡劑既具有消泡速度快，抑泡效果好的特點(diǎn)，同時(shí)，其使用劑量低，化學(xué)惰性好，無毒，能在苛刻的條件下發(fā)揮作用。但有機(jī)硅消泡劑的價(jià)格較非硅系消泡劑的要高，這是制約其應(yīng)用的重要因素之一。隨著硅油合成原料的價(jià)格的逐年下降以及合成工藝的優(yōu)化，有機(jī)硅消泡劑在造紙廢水泡沫的處理上將有著更為廣闊的應(yīng)用前景，獲得更好的環(huán)境效益。

同時(shí)，隨著新組分的不斷發(fā)現(xiàn)，對復(fù)配消泡劑的反應(yīng)機(jī)理及各組分的協(xié)同效應(yīng)研究的不斷深入，那些結(jié)構(gòu)組分單一，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益差的消泡劑將會逐漸被多功能、高效的復(fù)配消泡劑所取代。水溶性有機(jī)硅消泡劑能迅速溶于水中，它可單獨(dú)使用，也可與其它處理劑配合使用，穩(wěn)定性好，不發(fā)生破乳漂油現(xiàn)象，也無沉淀物產(chǎn)生，同樣對非水體系也有效，水溶性有機(jī)硅消泡劑是有機(jī)硅中最為理想的新品種，是未來消泡劑的發(fā)展方向，但是價(jià)格偏高，如何通過新技術(shù)、新工藝提高性價(jià)比還有待進(jìn)一步研究。