食用废油制备凹凸棒脂及其摩擦学性能研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

中图分类号 ：TH117.1 文献标识码 ：A doi：10.3969/j.issn.1001 8719.2013.O1.013Preparation and Tribological Performances of W aste Oil Attapulgite GreaseCHEN Tiedan ，XIA Yanqiu ，LIU Zhilu ， W ANG Zeyun ，W EN Zhenzhong(1.State Key Laboratory of Solid Lubrication，Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.School of Chemistry and Materials Science，Huaibei Normal University，Huaibei 235000，China3.Graduate School of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039，China；4.School of Energy and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China)Abstract：W ith surface-modified attapulgite clay as thickener and waste oil as the base oil，newlubricating grease was prepared.Thermo-gravimetric analysis(TGA)was carried out to measurethe thermal decomposition temperature of the grease.The physic-chemical properties of the greasewere determined. The wear scar diameter of the grease was measured on an Optimol SRV，themorphologies of the worn surfaces were observed by means of scanning electron microscopy(SEM).The wear volume was measured by 3D figure scanner.The worn surfaces of the steel blockwere analyzed by means of X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)to study the mechanism of thegrease for its frictions reduction and anti-wear. The results showed that by using the newlubricating grease the wear rate and friction coefficient of steel-steel frictional pair decreased，because a high strength adsorption film and a tribo-chemistry reaction film were formed on the wornsurface of the steel block，meanwhile the prospect of recycling waste oil could be expected。

Key words：waste oil；attapulgite clay；friction；grease餐饮业废油大致分为地沟油、泔水油和煎炸老油 3类，其中含有多种有害成分。餐饮业废油经简单收稿日期 ：2011l30基金项目：中国科学院百人计划”项目资助第-作者：陈铁旦，男，博士研究生，从事润滑油和添加剂的合成及润滑理论与技术的研究通讯联系人：夏延秋，男，研究员，博士，从事润滑油和添加剂的合成及润滑理论与技术的研究；Tel：010-61772251；E-mail：xiayanqiu###yahoo.corn76 石油学报(石油加工) 第 29卷加工并再 次返 回餐桌，严重威胁人们 的身体健康 ]。对地沟油的监控及管理方面存在很大难度，尹平河等3 对地沟油的快速检测进行了研究；在地沟油转化利用方面，有报道称可通过化学法生产生物柴油和化工基础原料 ]，以酯交换反应为基础制备生物柴油[6]。食用油作为润滑油脂早在古代就开始使用，近年来，有关植物油用作润滑油研究很多 ]，但至今 尚无利用废弃食用油制备润滑脂的报道。

笔者利用-种呈纤维状形态、直径 2O～40 nm、长度 0.5～1 m的天然纳米凹凸棒黏土作稠化剂，利用其独特的结构，比表面积大、表面活性强、多孔性和吸附能力强等特性，稠化废油制备润滑脂，并考察了它们的理化性能和摩擦学性能。

1 实验部分1.1 原料和试剂凹凸棒黏土，江苏华源公司产品；菜籽油，-级，新加坡郭氏兄弟公司产品；十六烷基三甲基溴化铵，AR，国药集 团产品；乙醇、乙醚、丙酮，AR，天津医药公司产品；氢氧化钾，AR，天津丰越公司产品。

1.2 润滑脂的制备1.2.1 凹凸棒黏土稠化剂的改性将-定量纯化后的凹凸棒黏土与十六烷基三甲基溴化铵按照-定比例混合，然后加入-定量的蒸馏水和乙醇溶液，6O℃恒温搅拌 12 h。高速离心分离洗涤 3次，100℃烘干，破碎得所需有机凹凸棒黏土，备用。

1.2.2 润滑脂的制备取 34 g食用废油作为基础油。首先将 17 g废油加入到烧杯中，边搅拌边将 6.5 g有机凹凸棒黏土缓慢加人到废油中，使其混合均匀，同时加入少量的丙酮以确保凹凸棒黏土完全分散到油中，继续搅拌 3O rain。之后升温至 6O℃并保持30 rain，以去除丙酮，再将剩余的 17 g废油加入其中，置于三辊研磨机中研磨 3次，得到所需润滑脂。

另外，将-定量的食用废油加入到-定浓度的氢氧化钾溶液中震荡碱洗，然后加人-定比例的乙醇、乙醚混合溶液萃取，得到碱洗废油。分别以34 g菜籽油和 34 g碱洗废油作为基础油，按上述方法制备润滑脂。

1.3 基础油和润滑脂的理化性能测定分别按照 GB/T50O9.37-2003、GB/T 5009.37-2003、 GB5096-85、 GB/T 5009.37-2003、 GB/T265-1988、GB/T265-1988所列方法测定食用废油 、碱洗废油和菜籽油的外观、总酸值、铜腐蚀、过氧化值和运动黏度。分别按照 GB/T 3498、GB/T 269的方法测定润滑脂的滴点和针人度。

1.4 DSC-TGA分析采用 STA449C 同 步 型热 分 析 仪 (Jupiter-Simultaneous DSC/DAT-TG)测定 3种润滑脂的热分解温度。升温速率 10℃/rain，温度变化范围2O～500℃，氮气保护。

1.5 摩擦学性能测试采用德国Optimol公司SRV-1型摩擦磨损试验机评定润滑脂的摩擦磨损性能。选用 GCrl5钢块为下试件(硬度为 790 HV)，直径 10 mm的GCrl5钢球为上试件(硬度为 710 HV)，摩擦副接触形式为球-盘点接触，往复频率 25 Hz，振幅 1 mm，周期30 min。试验前需将钢块在抛光机上抛光，钢球和钢块均需用石油醚超声清洗 10 min。试验结束后利用 MieroXAM-3D型轮廓扫描仪测量下试件的磨损体积。

1.6 摩擦表面分析采用 JSM-5600LV型 扫描 电子显微 镜 (SEM)(Jeol，Tokyo，日本)观察下试件磨痕形貌。采用PHI-5702型 x射线光电子能谱仪分析钢块磨斑表面主要元素的化学状态，选用 A1-K(线，通过能量29.35 eV，以Cls结合能 284.60 eV作为内标。

2 结果与讨论2.1 食用废油制备的凹凸棒润滑脂的理化性能2.1.1 基础油的理化性能表 1列出了制备凹凸棒润滑脂所采用的食用废油的理化性能，为作比较，同时列出了菜籽油和碱洗废油的理化性能。

由表 1可见，废油和碱洗废油的过氧化值、酸值均不符合国家标准。碱洗废油、菜籽油的腐蚀性能良好。废油和碱洗废油的运动黏度也均高于菜籽油，表明废油的极性增大。

2.1.2 凹凸棒润滑脂的理化性能3种基础油制备的凹凸棒润滑脂的理化性能列于表 2。

第 1期 食用废油制备凹凸棒脂及其摩擦学性能研究 77表 1 3种凹凸棒润滑脂基础油的理化性能Table 1 Typical physic-chem ical properties of three base oils for attapulgite greaseGrease Dropping point/C Penetration(1/4)/0.1 mm Thermal decomposition temperature/℃由表 2可见，3种润滑脂的热分解温度以菜籽油基脂最高，而废油基脂的热分解温度最低。因为植物油经过多次高温下的反复使用，其成分发生了变化，导致废油的抗氧化性能降低。

2.2 摩擦学性能图 1为 3种润滑脂 的摩擦 系数 随载荷 的变化 。

从图 1可见，废油基脂和碱洗油基脂的摩擦系数在4种载荷下差别均很小，而菜籽油基脂的摩擦系数均比相应载荷下废油基脂和碱洗油基脂的高。废油和碱洗油中含有大量的醛、酮等物质，这些物质与有机凹凸棒黏土具有很好的包容性，因而能够形成稳定的溶胶，在钢-钢摩擦副运动过程中凹凸棒黏土起到滚动减摩的作用r9]，菜籽油基脂 中的酸及醛、酮含量较少，不易吸附到钢块表面、不易形成吸附膜 ，所 以减摩抗磨性能差I 。

Load/N图 1 3种润滑脂的摩擦系数随载荷的变化Fig.1 Variation of friction coefficient of threegreases with applied load(1)Rap o.1 grease；(2)Wash oil grease；(3)Waste oil grease图 2为 3种润滑脂在 4种载荷下的磨损体积。

由图 2可见，废油基脂及碱洗油基脂的磨损体积比相应载荷下菜籽油基脂 的小，而菜籽油基脂在300 N、400 N载荷下磨损体积增加较多，尤其是在400 N下磨损体积更大。表明菜籽油基脂在高载荷下的边界润滑能力 比废油基脂、碱洗油基脂差，而废油基脂及碱洗油基脂却显示了良好的抗磨减摩性能。这是因为废油及碱洗油中醛、酮等极性结构物质能够在钢块表面形成相对较厚的吸附润滑膜 的结果。

呈宝互急≥Load/N图 2 3种润滑脂在不同载荷下的钢块磨损体积Fig.2 W ear volume of steel block fo r three greasesunder different applied loads2.3 表面分析结果及机理探讨图3(a)～(f)分别示出了废油基脂、碱洗油基脂、菜籽油基脂 8O倍和 400倍的磨斑表面形貌♂果发现，在相同试验条件下，废油基脂以及碱洗油基脂的磨斑表面较为光滑平整，且擦伤较为轻微；0 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 l O 第 1期 食用废油制备凹凸棒脂及其摩擦学性能研究 79(a)(3)(2)(1)298 296 294 292 290 288 286 284 282 280 278Binding energy/eV(3)(2)(1)546 544 542 540 538 536 534 532 530 528 526 524Binding energy /eV740 735 730 725 720 7l5 7l0 705 700 412 410 408 406 404 402 400 398 396 394 392Binding energy /eV353.0 eV、 Lr352 3 eV (。) ；Ca2p - -r348/ l /，、u -./，Binding energy /eV3、(2)(1)370 365 360 355 350 345 340 ll0 108 106 104 102 100 98 96 94Binding energy /eV Binding energy /eV1072 6 ev (g)(3)(2)(1)1078 1076 1074 1072 l070 1068 l066 l064 1062Binding energy /eV图 4 3种润滑脂润 滑下的钢块磨斑表面的 XPS谱rig.4 XPS spectra of worH surface of steel block lubricated by three greases(1)Wash oi1 grease；(2)W aste oil grease；(3)Rap oil grease