一种晶硅切割废浆中回收聚乙二醇的再利用方法

刘心建 王泽云 李梦雪

（山西焦煤运城盐化集团有限责任公司日化研究所，山西运城，044000）

近10年来，我国光伏行业发展迅猛，太阳能电池年产量持续排名全球前列。切割液是太阳能电池中晶硅片切割制作的必备辅材，太阳能电池产量的急增带动了其切割液用量的暴涨，随之也带来了大量切割废浆的生成、积聚。目前，市场上的晶硅切割液多为聚乙二醇型，因此，其废浆成分主要是聚乙二醇和晶片切割过程中出现的少量碳化硅和硅粉等。这些废浆的生成给资源利用、环境保护、企业经营都造成了严重的负面影响，影响了行业的健康可持续发展。国内，晶硅切割废浆的回收再利用课题已展开了广泛的研究，业已取得了一定的积极成果[1-3]。但是，利用晶硅切割废浆中回收聚乙二醇合成洗涤用表面活性剂的研究却鲜有报道。

研究表明，从晶硅切割废浆中回收的聚乙二醇的相对分子质量分布较宽，为200～400g/mol，由此推算其环氧乙烷加合数大致在4.5～9，适合于合成用于渗透、洗涤、乳化、润滑等领域的表面活性剂[4]。聚乙二醇单月桂酸酯和聚乙二醇单油酸酯是工业上极为重要的两种非离子表面活性剂，前者低泡、对人体刺激性小、去污力强，后者乳化、分散性能突出。聚乙二醇脂肪酸酯可以通过脂肪酸与环氧乙烷的乙氧基化法制备，也可通过聚乙二醇与脂肪酸直接酯化合成，后者方法简单、易于操作。本文利用晶硅切割废浆中回收的聚乙二醇和脂肪酸直接酯化合成了聚乙二醇脂肪酸酯，同时对产物在洗涤剂和乳化液配方中的应用性能进行了研究，为晶硅切割废浆回收聚乙二醇的再利用提供了一条崭新途径，对于提升 废物 资源化、无害化水平，以及优化其下游产品性能和成本，提升市场竞争力具有重要意义。

1 实验部分

1.1 主要材料、试剂与仪器

回收聚乙二醇（相对分子质量分布260～380 g/mol），西安通鑫半导体辅料有限公司；月桂酸、油酸，丰益油脂化学品有限公司；洗涤剂配方用原料均为市售工业品；标准洗衣粉和标准污布（碳黑JB01、蛋白JB02、皮脂JB03）、标准洗洁精和标准油污，全国表面活性剂洗涤用品标准化中心；其他试剂为化学纯。

恒温油浴锅，金坛市国旺实验仪器厂；电动搅拌器，杭州仪表电机厂；白度仪，北京康光仪器有限公司；改进Ross-Miles泡沫仪、立式去污机，中国日用化学工业研究院。

1.2 制备原理

在惰性气体保护条件下，选择适当配比的聚乙二醇和脂肪酸，二者于一定温度、催化剂作用下进行化学反应，制备聚乙二醇脂肪酸酯。根据产物酸值变化判定反应进行程度和终点。反应式如下：

1.3 聚乙二醇脂肪酸单酯的制备

取一500mL四口烧瓶，加入摩尔配比为1.2∶1的聚乙二醇、月桂酸和适量催化剂，然后分别安装氮气导入管、搅拌器、温度计和冷凝管。通入氮气，在连续搅拌的情况下逐渐给体系升温，同时收集排出的冷凝水。反应在150℃条件下保温3h，所得淡黄色透明液体即为产物，测其酸值小于5.0mg KOH/g。在相似条件下，采用回收的聚乙二醇和油酸反应可制备聚乙二醇单油酸酯。

1.4 性能测定

参考《GB/T 13174-2008衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》和《GB 9985-2000手洗餐具用洗涤剂》测定洗衣粉和洗洁精的去污和去油性能；参考《GB/T 7462-1994表面活性剂 发泡力的测定 改进Ross-Miles法》测定洗衣粉和洗洁精的发泡性能；采用量筒法，分别测定乳化剂的乳化性能。

2 结果与讨论

2.1 去污力和去油率

将利用回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单月桂酸酯应用于表1洗衣粉配方和表2洗洁精配方，分别对比标准洗衣粉和标准洗洁精测试各配方的去污力或去油率，结果见表3。

从表3可以看出：聚乙二醇单月桂酸酯应用于洗衣粉配方以替代其中的AEO9，产品对碳黑JB01和蛋白JB02的去污力略有下降，但仍能满足《GB/T 13171.2-2009洗衣粉（无磷型）》对洗衣粉使用性能的要求。目前，回收聚乙二醇和AEO9的市场价格分别为8～10元/kg和13～15元/kg，利用回收聚乙二醇合成聚乙二醇单月桂酸酯相比AEO9的成本优势明显，因此，利用回收聚乙二醇合成聚乙二醇单月桂酸酯在洗衣粉中应用较AEO9将具有更高的性价比。此外，从表3还可以看出：聚乙二醇单月桂酸酯应用于洗洁精配方，和AEO9相比二者对标准油污的去油率没有明显差别，说明在洗洁精配方中回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单月桂酸酯完全可以代替AEO9使用。

表1 洗衣粉配方

表2 洗洁精配方

表3 不同配方产品去污力和去油率对比

2.2 发泡性能

对比AEO9，添加回收聚乙二醇合成聚乙二醇单月桂酸酯洗衣粉和洗洁精的发泡性能测试结果见表4。

从表4可以看出：聚乙二醇月桂酸酯属于低泡型的非离子表面活性剂，将利用回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单月桂酸酯应用于洗衣粉和洗洁精配方，对比AEO9产品的发泡性能明显降低，同时消泡性能显著提高，这就意味着产品在应用过程中将更容易漂洗、冲洗，添加聚乙二醇单月桂酸酯的洗涤剂更节水节能，因此也更为符合国家针对绿色节能产品的相关法规政策要求，更为符合洗涤行业的发展趋势要求。目前，将回收聚乙二醇合成聚乙二醇单月桂酸酯应用于机洗型、低泡型洗涤剂产品配方具有巨大的市场潜力。

表4 不同配方发泡性能对比

表5 不同表面活性剂乳化性能对比结果

2.3 乳化性能

采用量筒法测试聚乙二醇单油酸酯和Span-80对柴油的乳化性能。常温下用移液管分别移取40mL质量分数为1%的试样水溶液和40mL柴油置于250mL具塞锥形瓶中，上下猛烈震动5下，静置1min后再上下猛烈震动5下，如此进行共5次。第5次震动后倒入100mL量筒中，立即用秒表记录水相分出10mL所需时间，时间越长，表明乳化性能越好，结果见表5。

从表5可以看出：利用回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单油酸酯对以烷烃为主要成分的柴油具有较强的乳化能力，基本达到了工业乳化液配方中常用原料Span-80的水平，完全可以作为工业烷烃油料方面的乳化剂使用，利用回收聚乙二醇合成聚乙二醇单油酸酯代替Span-80应用于乳化液配方可以大大降低产品成本，具有显著的性价比优势。

3 结论

(1) 利用晶硅切割废浆中回收聚乙二醇与脂肪酸直接酯化合成的非离子表面活性剂聚乙二醇脂肪酸酯工艺简单、操作方便，是一种解决晶硅切割行业回收聚乙二醇去向切实可行的途径。将合成的聚乙二醇脂肪酸酯进一步应用于洗涤剂和乳化液配方，及时延伸了回收聚乙二醇再利用化学合成方向的下游产业链，疏通并拓宽了回收聚乙二醇的消化渠道，该利用途径的可持续性得到了切实保障。

(2) 回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单月桂酸酯替代AEO9应用于洗衣粉配方对产品的去污力略有影响，但仍符合国家标准要求，综合成本因素考虑，它比AEO9具有更好的性价比优势。回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单月桂酸酯替代AEO9应用于洗洁精配方对产品的去油率没有明显影响，完全可以在配方中替代AEO9使用。添加回收聚乙二醇合成聚乙二醇单月桂酸酯的洗衣粉和洗洁精泡沫低、易漂洗，节水节能，产品更为符合未来洗涤剂的发展趋势。

(3) 回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单油酸酯替代Span-80应用于工业乳化液配方，其对柴油的乳化性能基本达到了Span-80的水平，说明在针对以烷烃为主要成分的乳化液领域，回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单油酸酯可以替代Span-80在配方中使用。回收聚乙二醇合成的聚乙二醇单油酸酯的无可比拟的价格优势、良好的乳化性能决定其在乳化剂和分散剂市场上将有着广阔的应用前景。