羊毛脂的制备.docx

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羊毛脂的制备

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羊毛脂的制备

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河北化工医药学院

完成时间：

Time\@"yyyy年M月d日"2011年9月25日

专科论文

作者:

姚xx

羊毛脂的精炼及颜色的改善

指导教师：

陈亚鹏

羊毛脂的精炼及颜色的改善

姚宏伟

摘要从对回收所得的粗羊毛脂中所含杂质进行分类处理的思路出发，得出对羊毛脂进行精制的三个步骤。

在每个步骤中，根据处理目的和制约条件，提出尽可能多的备选方案，同时，提出如何降低成本、提高去除效率的措施。

并指出盐酸酸炼对羊毛脂的脱色具有较好的效果。

关键词：

羊毛脂精炼浓缩脱色除臭

Abstract

摘要

关键词

Abstract

前言

国内外回收羊毛脂的方法

1.1羊毛脂的获取方法

1.2国内外羊毛脂精炼常用工艺

1.2.1国内羊毛脂精炼工艺

1.2.2国外羊毛脂精炼工艺

1.2.3浓缩

1.2.4脱色

1.2.5除臭

实验与方法

2.1精炼工艺路线

2.2具体做法

2.3精炼结果

2.3.1盐酸酸炼与漂土吸附及硫酸酸炼方法对粗羊毛脂预脱色效果的比较

2.3.2本精炼方法与国内外常用精炼方法对黑褐色粗羊毛脂精炼的效果的比较

2.3.3盐酸酸炼预脱色的技术关健

结果分析

前言

羊毛脂是从羊的皮脂腺分泌出来的附着于羊毛上的天然油状物质，可从洗毛废水中回收而得。

回收方法有离心分离法、化学混凝法、酸水解法和泡沫分离法等。

回收所得的粗羊毛脂中仍含有多种杂质，需对其进行进一步的加工处理，即精制。

精制后的羊毛脂呈淡黄色膏状半透明体，主要用于医药和化妆品方面。

若对其再进行反应，可制取一系列的羊毛脂衍生物，能广泛应用于各类高档化妆品，从而大大提高羊毛脂的价值.然而，我国纺织行业每年排放的洗毛废水中含有约两万吨左右的羊毛脂，除少部分被回收以外，大部分都作为废弃物被排放，既污染了水环境，又浪费了资源。

被回收的粗羊毛脂，由于国内缺乏适当的精制技术而无法利用，只能堆放起来，从而又造成了二次污染。

相反，我国的化妆品行业每年又不得不花费大量外汇进口精制羊毛脂。

为此，通过参阅和分析国外的有关资料，提出羊毛脂精制的基本步骤以及各步骤可选用的方法。

近年来我国年加工羊毛12一14万t，约含羊毛脂1万t。

由于我国羊毛脂回收和加工工艺落后，产品质量很差，大大限制了国产羊毛脂的使用。

目前每年精制羊毛脂产量不足500t，这使得许多化妆品厂不得不放弃使用国产羊毛脂，而花费大量外汇购买进口羊毛脂及羊毛脂衍生物。

国际市场上羊毛脂价格上扬，这是由于近年来人们越来越重视采用天然资源为化妆品原料。

从天然资源的有效利用和防止公害的角度出发，我们应对羊毛脂的回收和加工利用予以高度重视。

国内外回收粗羊毛脂的方法

1.1羊毛脂的获取方法

根据国内外资料报道，目前羊毛脂的获取大致有以下几种方法:

（1）用洗涤剂洗涤羊毛，洗毛废水经离心机分离，获粗羊毛脂，回收率为20%。

（2）用洗涤剂洗涤羊毛，洗毛废水经沉降剂沉降后，用烷烃萃取污泥获得粗羊毛脂，总回收率达90%以上。

（3）直接用烷烃类溶剂洗涤羊毛，可回收95%以上羊毛脂。

（4）用烷烃—醇类混合溶剂洗涤羊毛，回收率可达95%以上，并且粗羊毛脂纯度达95%以上。

这4种方法中，用非离子表面活性剂洗涤羊毛，洗毛废水经沉降剂沉降，污泥用烷烃萃取，所获得的粗羊毛脂色泽最差，第3种方法获得的羊毛脂色泽也较深，第4种获得的粗羊毛脂色泽最好。

1.2国内外羊毛脂精炼常用的工艺

1.2.1国内羊毛脂精炼工艺【2】

漂土吸附预脱色→碱炼中和脱酸→洗涤/萃取→化学脱色漂白→脱臭。

1.2.2国外羊毛脂精炼工艺[l，3]

石油醚萃取脱杂→50%硫酸酸炼→化学脱色漂白→碱炼中和脱酸→脱臭

这两套工艺对于用铁盐沉降剂处理非离子洗涤剂洗羊毛废水，然后用烷烃类溶剂浸出废水污泥所获得的黑褐色粗羊毛脂来讲，都无法得到满意的精炼效果。

这种黑褐色粗羊毛脂含铁量很高。

由于羊毛洗涤中采用的非离子表面活性剂可以与铁离子形成稳定的有色鳌合物，这种有色物是不能被漂土吸附脱除的。

在采用50%硫酸酸炼预脱色时，由于铁离子的氧化催化作用，在使色素类物质氧化褪色的同时，也可以使羊毛脂的不饱和脂肪酸氧化，从而产生红色氧化物，这种氧化物在后续的碱炼及化学漂白中也难以除去。

1.2.3浓缩

通过各种方法回收的粗羊毛脂均含有许多杂质。

除离心分离法回收的羊毛脂含水率较低外，其它方法回收的羊毛脂中都含有较多的水分。

而国家药典规定，羊毛脂的含水率不得超过0.5%【4】因此，羊毛脂精制的第一步就必须除去水分，即浓缩羊毛脂。

最常用的除去水分的方法是用有机溶剂进行萃取。

羊毛脂由多种脂肪酸和脂肪醇组成，易溶于有机溶剂，因此，用有机萃取剂可以有效地分离羊毛脂和水。

同时，通过萃取也能除去一部分不溶于有机溶剂的无机物杂质。

用有机溶剂萃取，关键是溶剂种类的选择。

首先，溶剂要易于回收并重复利用，否则成本太高.回收是利用溶剂的挥发来实现的，因此，所选用的溶剂需要有一定的挥发性，其沸点不能太高。

为了加快溶剂的挥发，可采用在一定的真空度下回收的方法，从而降低回收溶剂的加热温度，避免温度过高而破坏羊毛脂的结构。

其次，溶剂的毒性要小。

由于溶剂具有一定的挥发性，且生产装置不可能做到完全密闭，因此，为了减少溶剂散发对操作人员的危害及对周围居民的影响，应尽量选择无毒或低毒的有机溶剂。

最后，溶剂的化学性质要稳定。

所选用的溶剂应不与羊毛脂发生化学反应，且不易分解.

根据以上分析，可选用以下一些有机溶剂。

（1）甲醇

把羊毛脂加热至熔融状态（>45℃），再加入热的甲醇及过量的强碱【5】进行萃取。

（2）四氯化碳

在羊毛脂中加入10%左右的硫酸，然后用四氯化碳进行萃取，不用加热【6】

（3）正己烷加醇

醇可以选用异丙醇【7】或多元醇（如1，2一亚乙基二醇【8】。

反应可以在酸性条件下进行，也可以在碱性条件下进行。

萃取时，先加入正己烷使羊毛脂完全溶解，再加入相当于羊毛脂质量的醇及相当于羊毛脂质量十分之一的酸或碱，然后加热至50℃左右进行萃取（见表1）。

另外，可选用的萃取剂还有乙醇、二氯苯、乙醚、石油醚、苯及其混合物等，其萃取效率也可达到80%以上。

除了用有机溶剂萃取以外，还可以用平衡蒸馏法【9】、电解法【10】、分子蒸馏法【11】等方法来浓缩回收羊毛脂，效果也可以，但这些方法大多操作复杂，费用较高。

近年来，一种新的萃取方法—超临界二氧化碳法开始应用一于羊毛脂的提纯，结果表明，在80℃、38MPa下所得羊毛脂的产率最高【12】。

经过以上处理的羊毛脂，其水分和无机物杂质大大减少，但仍含有一些有机物杂质。

它们使羊毛脂带有较深的颜色，并发出一些臭味，这需要通过以下两步操作来去除。

表l不同有机溶剂对羊毛脂的萃取效果及条件

1.2.4脱色

使羊毛脂颜色变深的杂质主要有游离脂肪酸、醛、酮及残留皂等，它们影响了羊毛脂的质量和外观。

除去这些杂质，可以用氧化的方法使其变成无色的物质，也可以用吸附或离子交换的方法把它们从羊毛脂中转移出来。

具体来讲，可选用以下三类物质。

（1）化学氧化剂

选用的氧化剂的氧化性要适中。

氧化性过小，则不足以氧化杂质;氧化性过大，虽然能氧化掉杂质，但同时也会破坏羊毛脂的结构。

据此，可选用的氧化剂有双氧水、氯酸钠【13】、空气、次氯酸钠、连二亚硫酸钠、甲醛合次硫酸氢钠等.用空气作氧化剂时，由于其氧化性较弱，需要在通水蒸气加热的条件下通入压缩空气方可进行;用其它氧化剂，则不用加热。

用氧化法脱色，成本较低，操作也方便，但脱去的色泽易复现，这是由于发生了逆反应而导致的。

另外，由于是氧化有机物质，常伴有副反应，会产生一些其它的杂质。

所以，该脱色方法一般只用于对精制羊毛脂要求不是太高的情况.

（2）吸附剂

吸附剂是通过它内外表面上不完整的结晶粒子面来实现它对其它物质的吸附的。

吸附剂结构的不同导致吸附具有选择性，甚至同一类吸附剂也可因制备条件的不同而产生不同的吸附效果，而且，被吸附物质的性质、结构、pH值、溶解度、温度也会影响到吸附的效果。

据此，可选用的吸附剂主要有以下几种:

活性炭

活性碳的种类很多，比较适合的有AG一5、BAU【13，14】等。

它们的吸附能力非常强，但价格比较高，且对羊毛脂的滞留量较大，可达150%左右。

白土

白土中比较适用的是活性白土，其吸附能力虽不如活性碳，但相差并不大，而其价格却比活性碳低得多，且对羊毛脂的滞留量较小。

因此，一种比较好的方法是把活性碳和活性白土混和起来使用，其中，活性碳占10%一40%。

蒙脱石

其吸附性不如活性碳和活性白土，故其处理效果也不如以上两种【15】

用吸附法脱色，可以通过加热使羊毛脂处于熔融状态下进行;也可以把羊毛脂溶解于有机溶剂中进行。

离子交换树脂

通过选择合适的离子交换树脂和操作条件，离子交换层析法可具有很高的吸附选择性。

由于羊毛脂是大分子物质，因此，选用大孔树脂比较适合;由于不同杂质的电荷不同，因此，可以单独选用阳离子交换树脂【16】，也可以单独选用阴离子交换树脂【17】，若把两者串联起来使用【18】，则效果更好;由于羊毛脂的流动性较差，因此，往往要用有机溶剂（常用正己烷）把羊毛脂溶解后，再进行离子交换，其处理效果见表2.

表2离子交换树脂对羊毛脂的脱色效果

可见，离子交换法脱色效果非常好，但该法成本较高，且处理量较小，因此，它一般用于对精制羊毛脂要求较高的情况。

经过以上处理的羊毛脂，有的己很纯净，如采用吸附法脱色时，可同时达到除臭的效果。

但有的还混有一些使羊毛脂产生异味的杂质，则必须经过下一步的处理，才能把它们除去。

1.2.5除臭

发出臭味的杂质是一些具有一定挥发性但挥发性并不太大的含硫或含氯的物质，因此，可以通过把这些物质挥发的方法来除去它们。

其中，最常用的方法是把羊毛脂置于一定的真空度下，并通入水蒸气【19】，使这些杂质随蒸气流动而带出。

为提高除臭效率，可以采用以下几方面的措施:

（1）高蒸气温度

提高温度能增加发生气味物质的挥发性。

试验表明，温度每增加27一28℃，杂质的去除速率大致可增加三倍。

提高温度的方法可采用过热蒸气，也可采用道生炉。

（2）提高真空度

压力越低，物质越容易挥发，但提高真空度对设备的要求也随之大大提高。

（3）加挟带剂

采用以上两种方法，往往花费较多。

而在蒸气中加入挟带剂，如酸【20】、甲醇或乙醇【21】，则由于每份挟带剂能带走较多的杂质，所以可大大提高杂质的去除速度，而不必采用过高的温度或真空度，其处理效果见表3。

表3加挟带剂与不加挟带剂的除臭条件与效果

通过上述三步处理的羊毛脂，其物理和化学指标达到《中华人民共和国药典》的规定，可用于医药和化妆品行业。

以上分析了国外在精制羊毛脂方面的研究现状，提出了羊毛脂精制所应经过的三个步骤:

浓缩~脱色~除臭，并从理论上分析了各个步骤的原理和作用，得出了各步骤可选用的方法，并对各方法进行了比较分析，提出其优劣和适用范围。

希望这能给我国的羊毛脂精制工业提供一些帮助。

第二章实验与方法

——粗羊毛脂盐酸酸炼法简介

精炼工艺路线

盐酸酸炼→醇碱碱炼→化学脱色→洗涤→脱臭

具体做法

洗羊毛废水经废水处理后获得的污泥→用6号溶剂浸出污泥获粗羊毛脂→6号溶剂混合油（浓度为20%左右）初提浓到30%→过滤去泥杂→盐酸酸炼（条件为7mlHCI/100g羊毛脂，20℃，60min）→静置分去草绿色酸液→用50%浓度的乙醇液洗涤2次→用醇碱液碱炼（条件为50士5℃，羊毛脂—6号溶剂混合中应先加入15%乙醇液后，再与水:

醇:

碱为72:

2.5:

3的醇碱液反应）→保温分去红褐色皂醇液→用50%乙醇液洗涤二次，使羊毛脂—6号溶剂混合油呈中性，洗涤温度为50士5℃→真空脱溶（条件为99991.5Pa真空度，95℃）→羊毛脂化学脱色（条件为，30%双氧水用量为5ml/100g羊毛脂，5%硫酸用量为2ml/100g羊毛脂，90℃，45min）→稀醇碱洗涤（条件为6号溶剂一工业乙醇一碱水复合液，1:

0.2:

0.02，条件90℃，30min，用量为化学脱色时5%硫酸用量的3倍。

→分去水相→再用50%乙醇液洗涤两次，使羊毛脂一6号溶剂混合油呈中性→真空脱溶脱臭（条件为:

100658.1Pa，100℃，2～4h）→获精制羊毛脂。

精炼结果

2.3.1盐酸酸炼与漂土吸附及硫酸酸炼方法对粗羊毛脂预脱色效果的比较，见表1、图l。

表1

注表1:

吸光值是10%羊毛脂一6号溶剂混合油用723型分光光度计测定。

很显然，原黑褐色的粗羊毛脂经盐酸酸炼后色泽的改善是相当大的。

2.3.2本精炼方法与国内外常用精炼方法对黑褐色粗羊毛脂精炼的效果的比较。

结果见表2、图2

2.3.3盐酸酸炼预脱色的技术关健

在酸炼反应操作中，羊毛脂必须先与6号溶剂混合成为混合油（羊毛脂浓度必须低于50%，最佳浓度为30%一40%），才能很好地与盐酸溶液起反应。

酸炼脱色的效果与盐酸的用量、反应温度和反应时间有关。

（1）盐酸的用量

由于Fe+++可以催化色素加速发生闭环，缩合、氧化反应的速度，从而使脂溶性色素转化为非脂溶性色素，这些色素衍生物或降价物可以在后续的碱炼工序中从油中转移到碱液中，这样油脂就可以脱去原有的色素而成为浅色油脂。

在催化脱色反应中，铁离子是主催化剂，盐酸起激活铁离子催化作用，是助催化剂。

当铁离子与盐酸的比例适宜时，脱色效果最好。

因此盐酸添加量与羊毛脂的含铁量有关。

当羊毛脂的含铁量为0.9%左右时，盐酸用量小于5ml/1009羊毛脂时，粗羊毛脂褪色不明显，盐酸用量大于10ml/100g羊毛脂时，羊毛脂色泽反而加深，此现象与酸炼过程中铁离子催化生色副反应速度加快有关。

（2）反映温度

粗羊毛脂加盐酸酸炼处理，反应温度是一个十分重要的操作参数。

经实验认为当反应温度达到40℃，褪色反应与生色反应几乎同步。

超过45℃，反应将向产生新的深色色素方向发展，并且新生色素不能与碱液作用，从而无法在下一步碱炼过程中去除，而留在羊毛脂中，使其成为棕褐色。

反应温度低于15℃时，30%浓度的羊毛脂一6号溶剂混合油就有部分高熔点组份析出，影响酸炼操作的正常进行。

（3）反映时间

由于反应温度不能很高，所以催化褪色反应需用45一60min来完成，经实验我们观察到反应时间少于20min，催化褪色不完全，时间超过lh，催化褪色反应速度已十分缓慢，而且副反应速度逐渐加快。

（4）搅拌速度

在上述反应中，搅拌是十分必要的。

搅拌可以使不互溶的油水两相充分接触，加快反应的完成。

但经实验结果表明，搅拌速度在200r/min至600r/min，取得的效果相差无几，所以搅拌速度只须确保盐酸不下沉即可。

第三章结果分析

黑褐色粗羊毛脂经盐酸酸炼后，油色已转为黄橙色，大多数色素物已发生反应而褪色，这种已发生反应的色素一般都能与碱作用，所以通过碱炼使之从羊毛脂中去除。

我们从碱炼后分出的废皂醇液的色泽是红褐色上可以获得证实，从而说明盐酸酸炼羊毛脂具有良好的脱色效果。

酸炼后若不进行碱炼，也就是说不把这种碱溶性色素从羊毛脂中除去，就直接进行化学脱色，其结果是，羊毛脂经化学脱色后色泽虽然有所改善，但仍然带有明显的褐色。

致谢

本文是在陈亚鹏教授的精心指导下完成的。

从课题的选定、实验方案的设计、研究工作的进展，直至毕业论文的最后审阅无不凝聚了老师的智慧和心血。

在此首先对恩师两年来对我的辛勤培养表示衷心的感谢！

老师渊博的知识，严谨的治学态度，忘我的工作热情，严于律己的风范使作者受益匪浅，使我养成了实事求是、认真负责的科研态度此同时，与此同时，我的专业理论知识和科研实践水平有了全面的提高。

在此，对恩师两年来对作者的辛勤培养表示最崇高的敬意和衷心的感谢！

衷心祝福恩师和师母身体健康、万事如意、合家欢乐！

深深感谢父母亲多年来对我的培养，感谢他们倾注所有物力、财力和精力来支持我完成学业。

感谢我的朋友们在我求学生涯中所给予的生活上的支持和精神上的鼓励。

谨以此文献给所有关心我的亲人和朋友们！

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