綠色表面活性劑的研究進(jìn)展Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！綠色表面活性劑的研究進(jìn)展摘要：表面活性劑在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中占有越來越重要的地位，被人們形象地稱為“工業(yè)味精”，廣泛應(yīng)用于化妝品、洗滌劑和制藥等行業(yè)。但是與此同時(shí)，大量使用表面活性劑帶來的生態(tài)破壞和環(huán)境污染也不容忽視。為了保護(hù)人類的生存環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，研究和開發(fā)一批溫和、安全、高效、易生物降解和保護(hù)環(huán)境的綠色表面活性劑勢在必行。目前，已有不少專家、學(xué)者從事這方面研究，并已取得了一定的研究成果。關(guān)鍵字：活性劑；綠色；表面1、表面活性劑的性能分類以及發(fā)展趨勢表面活性劑是指具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張

2、力顯著下降的物質(zhì)。由于表面活性劑分子中具有非極性烴鏈（8個(gè)碳原子以上烴鏈）以及極性基團(tuán)（如：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基和醚鍵等），使其分子結(jié)構(gòu)具有兩親性。表面活性劑按其在水中是否離解，可分為非離子型表面活性劑和離子型表面活性劑。離子型表面活性劑根據(jù)溶解后的活性成分又可分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型1（見圖 1）。表面活性劑特殊的分子結(jié)構(gòu)，使其具有增溶、乳化、潤濕以及殺菌消毒和去污等性能，廣泛應(yīng)用在洗滌劑和化妝品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及環(huán)境工程等方面。截至 2005 年，表面活性劑使用量已經(jīng)超過了 1520 萬頓，使用量以每年 3% 的速度快速增長，需求量極大。但表面活性

3、劑在生產(chǎn)和使用的過程中對(duì)人體及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的危害。在洗滌劑中加入一定量的表面活性劑可以增強(qiáng)洗滌劑的溶解性和洗滌性，但由于這些表面活性劑具有一定的毒性，會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生明顯的刺激作用。表面活性劑還會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的危害。如烷基苯磺酸鈉（ABS）的生物降解性差，在洗滌劑中大量使用，所產(chǎn)生的大量泡沫造成了城市下水道及河流泡沫泛濫；使用含有磷酸鹽的表面活性劑使河流湖泊水質(zhì)產(chǎn)生“富營養(yǎng)化”：在生產(chǎn)直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）的過程中所產(chǎn)生的二氧化硫、三氧化硫，及在脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二 烷類物質(zhì)不易生物降解，對(duì)環(huán)境造成了巨大的危害。為了滿足人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的保健需求，確保

4、人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)對(duì)人體盡可能無毒無害及對(duì)生態(tài)環(huán)境無污染的表面活性劑勢在必行2。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！圖1 表面活性劑的分類2、綠色表面活性劑的概述綠色表面活性劑一般是由天然再生資源加工成的具有兩親性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，對(duì)人體刺激小，易生物降解。但也有一些綠色表面活性劑是在普通表面活性劑的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾（如引入一些特殊基團(tuán)），有的是對(duì)一些本來不具有表面活性的物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，還有一些是合成的具有全新結(jié)構(gòu)的表面活性劑。綠色表面活性劑具有天然、溫和以及刺激性小等優(yōu)良特點(diǎn)。同傳統(tǒng)表面活性劑一樣，綠色表面活性劑具有親水基和憎水基，但卻具有高效強(qiáng)力去污性、優(yōu)良的配

5、伍性及良好的環(huán)境相容性，并表現(xiàn)出良好的乳化性、洗滌性、增溶性、潤濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。根據(jù)綠色表面活性劑在反應(yīng)中降解方式的不同，主要以生物表面活性劑、可降解表面活性劑以及反應(yīng)型表面活性劑等幾種典型的綠色表面活性劑為例，介紹了綠色表面活性劑的研究進(jìn)展。3、典型的綠色表面活性劑3.1 生物表面活性劑生物表面活性劑是微生物在代謝過程中分泌出的具有一定生物活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物。與合成表面活性劑一樣，生物表面活性劑由親水基和疏水基兩部分組成，但生物表面活性劑比合成表面活性劑更具有潛在的優(yōu)勢： 可生物降解，不會(huì)造成再污染； 無毒或低毒； 一般不致敏、可消化，因此可用于化妝品和食品的添加劑 ； 可以用工業(yè)廢

6、物生產(chǎn)，有利于環(huán)境污染治理；具有更好的環(huán)境相容性和起泡性，在極端溫度、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！pH值、鹽濃度下具有更高的選擇性和專一性；結(jié)構(gòu)多樣，有可能適用于特殊領(lǐng)域。韓慧龍等在中原油田石油污染耕地區(qū)域篩選出一株石油降解細(xì)菌陰溝腸桿菌（Enterobactercloacae），并將細(xì)菌-真菌協(xié)同修復(fù)技術(shù)用于石油污染土壤的原位修復(fù)，取得了很好的效果。在前期工作中發(fā)現(xiàn)，Ecloacae 可以產(chǎn)生生物表面活性劑并對(duì)石油烴產(chǎn)生乳化作用，從而可能提高石油烴的生物利用度。徐圓圓等系統(tǒng)地考察了 Ecloacae 產(chǎn)生生物表面活性劑的特性，優(yōu)化了產(chǎn)生生物表面活性劑的培養(yǎng)基條件，分

7、離純化得到生物表面活性劑并對(duì)其進(jìn)行了鑒定，考察了生物表面活性劑對(duì)菲這種多環(huán)芳烴的乳化、增溶和脫附作用。結(jié)果表明，Ecloacae 能以葡萄糖等水溶性碳源產(chǎn)生糖脂類表面活性劑，表面活性劑的產(chǎn)生與菌體生長為正相關(guān)型。Ecloacae 產(chǎn)生表面活性劑的最佳營養(yǎng)培養(yǎng)基組成為：葡萄糖為碳源、氯化銨為氮源，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是 3% 和 0.1%，碳氮比為 8.9，初始 pH 值是 7.2。所產(chǎn)生的糖脂類生物表面活性劑對(duì)菲有增溶效果，并可強(qiáng)化菲從高嶺土上的脫附。這些結(jié)果預(yù)示，采用 Ecloacae 所分泌的表面活性劑可以提高土壤表面吸附的石油烴污染物的生物利用度，從而提高石油烴污染土壤的生物修復(fù)效率。YESEM

8、 等用高分子生物表面活性劑 Emulsan和高瀝青含量的 6 號(hào)稠油配制的O/W 型乳狀液（油水體積比 73）進(jìn)行了燃燒實(shí)驗(yàn)。該乳狀液具有很好的穩(wěn)定性和可燃性。碳燃燒充分，燃燒過程中看不見明顯的煙，而且沒有檢測到一氧化碳的存在。稠油乳狀液的直接燃燒有利于低品質(zhì)稠油的應(yīng)用。最初人們對(duì)生物表面活性劑感興趣，主要是由于其具有高效、低毒以及無污染等優(yōu)點(diǎn)，可替代化學(xué)表面活性劑。近年來研究發(fā)現(xiàn)，生物表面活性劑除具有表面活性的功能外，還具有潛在的抗菌活性，包括抗真菌、抗細(xì)菌、抗支原體和抗病毒等活性，此外，還可用在免疫調(diào)節(jié)分子、黏合劑、疫苗及基因治療等方面3。目前，國內(nèi)外只有少數(shù)幾種生物表面活性劑產(chǎn)品走向市場

9、，大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，這主要是由于它的經(jīng)濟(jì)成本較高影響了其廣泛應(yīng)用。但是，隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步和生物工程的發(fā)展，人們對(duì)生物表面活性劑，尤其是對(duì)產(chǎn)生生物表面活性劑菌株研究的不斷深入，有望在將來大規(guī)模應(yīng)用具有商業(yè)價(jià)值的生物表面活性劑。3.2 可降解型表面活性劑可降解型表面活性劑又叫做 tempory（暫時(shí)性）表面活性劑，或可控半衰期表面活性劑（surfactantswith controlled half-live）?？山到庑捅砻婊钚詣┳畛醯亩x是指在完成其應(yīng)用功能后傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！，通過酸、堿、鹽、熱或光的作用能分解成非表面活性物質(zhì)，或轉(zhuǎn)變成新表面活

10、性化合物的一類表面活性劑。近年來，對(duì)可降解表面活性劑的定義已發(fā)生變化。環(huán)境影響已成為新型表面活性劑發(fā)展的主要推動(dòng)力，生物降解性也已成為判斷表面活性劑好壞的重要指標(biāo)。可降解型表面活性劑具有很好的環(huán)保性能，這些表面活性劑可以解除一些復(fù)雜情況。例如， 使用可降解型表面活性劑在乳液聚合中可以不產(chǎn)生泡沫，或者使用后可形成穩(wěn)定的乳液等。存在于此類表面活性劑中的分子極性基和疏水基之間的弱鍵斷裂后，可分解出水溶性和非水溶性兩種產(chǎn)物，而它們一般都可以通過后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)化操作過程去除。這一方法在有機(jī)合成和各種生物化學(xué)領(lǐng)域很有用途?？山到獗砻婊钚詣┑膬?yōu)勢還在于其裂解產(chǎn)物具有的新功能例如，用于個(gè)人護(hù)理用品的某種表面活性劑

11、，它在使用后可以分解成對(duì)皮膚有益的產(chǎn)物，這種分解后衍生出新功能性的表面活性劑有時(shí)被稱做功能性表面活性劑。表面活性劑在一定條件下裂解成非活性產(chǎn)物，能適用于一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如生物制藥領(lǐng)域。而能形成泡囊或微乳液的可裂解型表面活性劑可用于制藥，滿足代謝物無毒的需要。許虎君合成了一系列可裂解 Gemini 型季銨鹽表面活性劑，烷基-，-雙（二甲基酰氧乙基溴化銨)，標(biāo)記為-2m-2n（m=12，14；n=3，4，6），采用紅外光譜和核磁共振對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，測定了相關(guān)性能。結(jié)果表明，可裂解 Gemini 型季銨鹽表面活性劑具有很強(qiáng)的膠束生成能力，其臨界膠束濃度（CMC）216310-4 mol/L4 11

12、710- 4 mol/L（m=12）及 218810-5 mol/L414610-5 mol/L（m = 14），分別比相應(yīng)的單季銨鹽表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC）低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其泡沫穩(wěn)定性、乳化性能和殺菌性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單季銨鹽表面活性劑。A.R. Tehrani-Bagha等對(duì)帶有陽離子酯端的Gemini 型表面活性劑的化學(xué)性能及生物降解性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，30 天40 天后，這類表面活性劑有 60% 可以被完全降解，并且對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生負(fù)面影響。赫爾伯格等研究發(fā)現(xiàn)，有一種結(jié)構(gòu)近似于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物 （ABS）的烷基芳基酮磺酸鹽，經(jīng)光分解得到水溶性的芳基酮磺酸鹽和兩種甲基

13、烯烴的混合物，這種表面活性劑對(duì)蛋白有增溶作用，由于它能在溶液中瞬間分解消失而使相關(guān)過程變得極為便利，引發(fā)光解反應(yīng)所需的光線波長在 300 nm以上，所以這種低能量射線對(duì)蛋白質(zhì)沒有損傷4。綜合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以石油為原料的表面活性劑，如烷基苯磺酸鈉 （LAS）、-烯基磺酸鹽（AOS）和仲烷基磺酸鈉（SAS）受國際原油價(jià)格影響將有所上升。因此，未來開發(fā)和研究較多的將是以天然油脂、淀粉和木質(zhì)素等可再生天然資源為原料的表面活性劑，并向多樣化、天然化、溫和型和易生物降解型表面活性劑方向發(fā)展。此外，隨著表面活性劑工業(yè)的深入發(fā)展傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！，將推動(dòng)其在納米材料、能

14、源、環(huán)境、信息、微電子和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等方面的應(yīng)用。3.3 反應(yīng)型表面活性劑反應(yīng)型表面活性劑是指帶有反應(yīng)基團(tuán)的表面活性劑，它能與所吸附的基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而永久地鍵合到基體表面，從而對(duì)基體發(fā)揮表面活性作用，同時(shí)成為基體的一部分，它可以解決許多傳統(tǒng)表面活性劑的不足。反應(yīng)型表面活性劑至少應(yīng)包括兩個(gè)特征：它是表面活性劑；它能參與化學(xué)反應(yīng)，而且反應(yīng)后也不喪失其表面活性。反應(yīng)型表面活性劑除了包括親水基和親油基外，還應(yīng)包括反應(yīng)基團(tuán)。在很多情況下，表面活性劑僅在某一階段發(fā)揮其功用，在以后的階段里也許就不再需要它們，甚至它們的存在會(huì)對(duì)體系帶來一些消極的影響。例如使用后的表面活性劑殘存下來會(huì)污染環(huán)境，特別是對(duì)于一些

15、生物降解速度慢的表面活性劑更是如此。乳液聚合就是一個(gè)很好的例子，乳化劑對(duì)于聚合過程的完成非常重要，但聚合過程完成后，體系中的乳化劑會(huì)導(dǎo)致聚合物純化困難、膜的干燥速度慢以及耐水性差等不足。此外，在用表面活性劑對(duì)材料進(jìn)行表面修飾時(shí)，傳統(tǒng)的表面活性劑只能通過物理作用吸附于材料表面，這樣很不牢固，容易被破壞，不能滿足材料修飾的需要。然而，反應(yīng)型表面活性劑以其優(yōu)異的性能克服了傳統(tǒng)表面活性劑的這些不足，進(jìn)一步擴(kuò)大了其使用范圍。廖波等人以聚乙二醇（PEG）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和 2，2，6-三甲基-4H-4，3 酮為主要原料，合成了一種帶有乙酰乙酸基團(tuán)的聚氨酯表面活性劑。用 FTIR 和 HNM

16、R 對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用表面張力儀對(duì)其表面活性進(jìn)行了測定，并考察了溫度、相對(duì)分子質(zhì)量及外加電解質(zhì)對(duì)表面活性的影響，測定了其電導(dǎo)率和濁點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，其表面活性隨著濃度的增高、相對(duì)分子質(zhì)量的降低以及外加電解質(zhì)的存在而增加，其濁點(diǎn)也隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加。產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)特征表明，所合成的聚氨酯大分子中含有酮羰基，該基團(tuán)可以在室溫條件下與交聯(lián)促進(jìn)劑反應(yīng)，從而為制備新型室溫交聯(lián)涂料奠定基礎(chǔ)。赫慶鵬等選用了幾種普通的反應(yīng)型表面活性劑，通過對(duì)其引入碳碳雙鍵，合成得到新型反應(yīng)型表面活性劑，并對(duì)其性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。實(shí)驗(yàn)分析表明，在表面活性劑分子中引入雙鍵和羰基，會(huì)使由此制備的乳化劑的乳化力、起泡

17、性與穩(wěn)泡性等性能都有良好的改善。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！王學(xué)川等在前期微乳皮革增強(qiáng)復(fù)鞣劑研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化出了反應(yīng)型乳化劑的最佳合成條件，制備出反應(yīng)型乳化劑馬來酸酐十二醇單酯鉀鹽，代替外乳化劑十二烷基硫酸鈉，進(jìn)行無皂微乳液聚合制備皮革柔軟增強(qiáng)劑（EM）。將制得的 EM 用于豬二層革的增強(qiáng)處理。結(jié)果表明，反應(yīng)型乳化劑與混合單體(丙烯酸丁酯 90 g、甲基丙烯酸甲酯 75 g 和二乙烯基苯 15 g 的質(zhì)量分別為 120 g和180 g?；钚詥误w丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%時(shí)，對(duì)皮革的柔軟增強(qiáng)效果最好。橫向撕裂強(qiáng)度提高 58.8，縱向撕裂強(qiáng)度提高37.4，成革的橫向和縱向

18、撕裂強(qiáng)度趨于一致，崩破強(qiáng)度提高 54.1。Hong Tan 等對(duì)新型季銨鹽-L-賴氨酸表面活性劑負(fù)載反應(yīng)基團(tuán)進(jìn)行了研究，通過最小抑菌濃度考察了其抗菌性。研究結(jié)果顯示，新型季銨鹽-L-賴氨酸表面活性劑可以降低細(xì)菌真菌的活性，反應(yīng)性基團(tuán)為表面活性劑的聚合提供了位點(diǎn)，同時(shí)導(dǎo)致了聚合物的高抗菌性。Ailan Qu 等對(duì)含硅氟的殼核乳液進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，單獨(dú)使用表面活性劑 OP-10（辛基苯酚聚氧乙烯）時(shí)，乳液穩(wěn)定性差，出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。當(dāng)用反應(yīng)型乳化劑 DNS-86（烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨）與 OP-10 復(fù)配使用時(shí)，乳液穩(wěn)定性顯著提高。反應(yīng)型表面活性劑的出現(xiàn)，開辟了表面活性劑合成及應(yīng)用的新領(lǐng)

19、域。它可以廣泛用于乳液聚合、溶液聚合、分散聚合、無皂聚合、功能性高分子以及納米材料的制備等各個(gè)方面。采用反應(yīng)型表面活性劑全部或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)表面活性劑后，產(chǎn)品的性能會(huì)得到很大的改善或可制得新的產(chǎn)品。當(dāng)然，反應(yīng)型表面活性劑也存在著一些不足，如聚合過程中水溶性聚合物的含量增加；乳液聚合中固含量不能超過 50，否則體系就會(huì)不穩(wěn)定 ；表面活性劑分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、影響因素多、沒有規(guī)律性等。總體來說，目前國內(nèi)對(duì)于反應(yīng)型表面活性劑的研究還未成系統(tǒng)，綜合當(dāng)前國外對(duì)于這方面的研究和應(yīng)用狀況以及未來發(fā)展前景，應(yīng)加強(qiáng)這方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用推廣工作，特別是在以下幾個(gè)方面：綜合考慮各種影響因素，合成新的性能優(yōu)良的反應(yīng)型表面活

20、性劑，特別是通過在表面活性劑分子鏈上接上特殊的化學(xué)鍵、官能團(tuán)及鏈段，使其具有功能性；擴(kuò)大其應(yīng)用范圍并研究反應(yīng)型表面活性劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響；深入研究反應(yīng)型表面活性劑對(duì)聚合機(jī)理的影響，以此為突破口建立更完善的聚合理論，特別是乳液的聚合理論。4、結(jié)語傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！當(dāng)前，世界表面活性劑市場呈穩(wěn)定而緩慢的增長趨勢，根據(jù)國外一些比較大的公司及專家預(yù)測， 未來表面活性劑工業(yè)主要發(fā)展趨向?yàn)椋海?）提高表面活性劑的生物降解性。表面活性劑對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響仍是個(gè)主要問題， 因此，解決表面活性劑的生物降解性和毒性，減小對(duì)環(huán)境的污染，使表面活性劑的生產(chǎn)和使用更加安全仍是今后一大課題。（2）大力開發(fā)和利用天然資源