表面活性剂及其对环境的影响

表面活性剂及其对环境的影响阿尔祖古丽·图拉克08090330表面活性剂(surfactant)是一类重要的有机化合物,我们的生活中到处充斥着表面活性剂,从肥皂、洗发水到某些食品，药品，再到墙面涂料、润滑油等，可以说我们日常生活中接触的一切人造物品的生产都直接或间接的使用过表面活性剂。由于本身的结构特点表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、洗涤、均染、抗静电、防腐、杀菌等一系列独特的作用和功能，广泛应用于食品、医药、农药、纺织、化工、黏合剂、选矿、油田化学品、造纸、皮革、感光材料等工业领域以及洗涤用品、化妆品等民用领域，在改进生产工艺、提高产品质量、节约能源、降低成本、提高生产率、增加附加值等方面发挥了巨大作用，因此有“工业味精”和“工业催化剂”之称。1表面活性剂的性质及分类表面活性剂指的是在很低浓度时能够显著降低溶剂（通常是水）的表（界）面张力的物质，可分为传统表面活性剂和新型表面活性剂。传统表面活性剂分子由两部分组成，一部分是长链的疏水基团（或称亲油基团），另一部分是亲水基团（或称亲水头基），两者中间由化学键连接，通常称为两亲结构。这种特殊的结构决定了它与众不同的性质，如润湿、乳化、增溶、起泡、抗静电、分散、絮凝、破乳等。新型表面活性剂是一些带有某种特殊活性基团的表面活性剂，除了普通表面活性剂所具备的一般性质外，还具有一些特定的结构和性质，如可反应性、杀菌性、螯合和金属离子等。表面活性剂根据用途的不同可分为乳化剂、润湿剂、发泡剂、分散剂、絮凝剂、去污剂、破乳剂、抗静电剂等根据疏水基的不同可分为直链的、支链的和环状的；根据表面活性剂在水中离解与否可分为离子型、非离子型和混合型，离子型又可以分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。2表面活性剂对环境的影响及其降解2.1表面活性剂对环境生态的影响随着石油工业的发展，表面活性剂的产量和品种逐年增加，有相当数量的表面活性剂在使用过后又排放到自然当中，此外，表面活性剂的生产过程也要产大量污染。因此，表面活性剂的生物降解与环境保护的关系极为密切，主要表现在以下几个方面：(1)表面活性剂是洗涤剂去污配方的一个主要组成分除特殊用途外，这些产品在使用后即被直接或经污水处理厂处理后排放到环境中。而在洗涤剂中占主要地位的还是较难生物降解的阴离子表面活性剂。含表面活性剂废水的大量排放,不仅直接危害水生环境,杀死环境中微生物,抑制了其它有毒物质的降解,同时还会导致水中溶解氧的减少,尤其含氮、磷的表面活性剂会造成水体富营养化。当进入污水处理厂污水中的表面活性剂达到一定浓度时,会影响曝气、沉淀、污泥硝化等诸多过程。（2）土壤中残留的表面活性剂对土壤微生物的生长有一定影响。一般讲，表面活性剂质量浓度小于100.0mg/L时,对土壤微生物无实质的影响其质量浓度大于500.0mg/L时,微生物种群数量开始降低。此外,有的表面活性剂在土壤中的吸附能力很弱,其向下迁移污染地下水的潜在危害性也是不容忽视的。使用化学表面活性剂进行环境修复的同时,表面活性剂也不可避免地残留于环境中。虽然生物表面活性剂可以较好的克服这一缺点但目前大量的研究还处于实验室研究阶段,而且对作用机理的研究仍不是十分完备。2.2表面活性剂的生物降解表面活性剂的生物降解是指表面活性剂这类化学物质通过活的有机体的生物作用而被破坏的过程通常可以通过以下三种氧化方式予以实现:①末端的ω氧化这一反应通常是初始氧化阶段,是亲油基端降解的第一步;②β氧化该过程使亲油基脂肪烃部分发生生物降解;③芳环氧化当亲油基含有苯环时所发生的氧化降解过程。表面活性剂结构与生物降解性关系有如下一般规律:（1）直链(链长8~18之间)的烷基苯磺酸盐(LAS)、仲烷基磺酸盐(SAS)、烯烃磺酸盐(AOS)、甲酯磺酸盐（MES)、聚氧乙烯非离子表面活性剂（AEO）、烷基糖苷(APG)、甜菜碱、氧化胺以及季铵盐表面活性剂都能完全降解,但高支化度的支链烷基苯磺酸盐(TBS)以及支链的C14~C15APG不能被完全降解。(2)非离子表面活性剂的生物降解能力与烷基链长度、有无支链及EO、PO的单元数等有关。长链烷基比短链烷基难降解,带支链的烷基比直链烷基难降解,分子中存在酚基时较难降解,PO、EO单元数越多越难降解,相同长度的PO链比EO链难降解。(3)表面活性剂降解速度的总体评价:烷基季铵盐阳离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂;甜菜碱与咪唑啉两性离子表面活性剂烷基磺酸盐阴离子表面活性剂;烷基苄基季铵盐阳离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂烷基苯磺酸盐阴离子表面活性剂。(4)表面活性剂的生物降解性主要由疏水基团决定,疏水基线性度对降解度有较大影响,链长对降解度有一定影响。(5)亲水基团主要影响表面活性剂的降解速度,当亲水基团中含有易水解基团时,降解速度较快。人们在合理使用表面活性剂的同时必须也要全面掌握其生态毒理效应。表面活性剂在环境中生物可降解性很高，但对环境的依赖性较大，污染主要发生在一些不利于微生物降解的环境下。表面活性剂具有一定毒性，但是否存在致癌性、致畸性、致突变性、致敏性以及能否在生物体内积累或富集放大等方面则有争议。所以，人们在选择和使用表面活性剂时，必须考虑其环境容量与自净能力，强调从根本上减少其直接向环境的排放量，含表面活性剂的废水、废渣经过必要的预处理后的才可向环境排放。研制新型绿色表面活性剂，朝着低毒、易于生物降解的方向发展，从而缩短其在环境的滞留时间，减短生物受胁迫时间，达到减轻环境污染的效果。3绿色表面活性剂的发展方向绿色表面活性剂在各个领域的应用越来越广。在它本身结构的基础上,引入功能性基团,从而得到各种性能更独特或更优良的衍生物,使绿色表面活性剂的生命力增强。(1)发展与环境友好的、可生物降解的、资源可再生的、不刺激眼睛和皮肤的可分解绿色表面活性剂新产品。(2)发展水基性、反应性、可分解性、多功能专用性表面活性剂新产品。(3)发展含氟、含硅、含硫、含磷、含硼表面活性剂，生物表面活性剂和杂环及高分子表面活性剂新产品。(4)发展顶替进口、高性能的高端表面活性剂新产品。(5)发展传统表面活性剂的更新换代产品及副产综合利用、系列化产品。生产工艺方面对绿色表面活性剂进行了改进,即减少中间过程,提高反应的选择性,同时还开发新型、高效的催化剂,加强新技术在绿色表面活性剂生产中的应用,提高工艺装置的自动化和智能化。绿色表面活性剂在研究和应用的同时与材料科学、能源科学、环境科学、生命科学及信息科学等学科出现了更多的交叉。这将促使它的应用范围延伸到新的应用领域。绿色表面活性剂将在产业结构调整和应用开发上呈现出新的优势。绿色表面活性剂弥补了传统表面活性剂生产和使用中出现的各种弊端。它在世界范围内已经得到了广泛的推广和应用,人们对绿色表面活性剂的研究具有更重要的现实意义。在研究和开发绿色表面活性剂产品的同时,应进一步加大对绿色表面活性剂的研究力度,促使我国绿色表面活性剂事业实现飞速发展,进而带动我国其他行业的快速发展。