糖苷类表面活性剂生物降解性能研究
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绿色表面活性剂烷基糖苷(APG)的研究现状烷基多聚糖苷(简称APG)是90年代以来致力开发的一种性能较全面优良的新型非离子表面活性剂。
由于表面张力低,泡沫丰富细腻而稳定,去污优良,配伍性能极佳,而且在高浓度无机助剂存在下溶解仍然良好,无逆相浊点和胶凝现象,广泛应用于洗涤剂、化妆品以及工农业生产用功能性助剂等,其生物降解迅速彻底,无毒无刺激,被称为“绿色表面活性剂”。
一、烷基糖苷的合成研究现状烷基糖苷从研究到目前工业化,已有一百余年的历史。
早在1893年德国 E.Fisher首次报道了甲基糖苷的制备技术。
80年代后期由Rohur&Haas公司及Horizon化工公司首先实现了烷基糖苷工业化,Henkel公司也于1992年底投产一家2.5万t/a的烷基糖苷生产厂,并于1995年又建一座年产3万t的工厂。
近十年来,国内对烷基糖苷的研究日趋重视,许多高校和科研院都进行了研究并取得了进展。
APG是以再生资源淀粉的衍生物葡萄糖和天然脂肪醇为原料,由半缩醛羟基与醇羟基,在酸等催化下脱去一分子水生成的产物。
合成烷基糖苷的方法归纳起来主要有六种叫:(1)基团保护法;(2)直接苷化法;(3)交换法(转糖苷法);(4)酶催化法;(5)原脂法;(6)糖的缩酮物的醇解。
目前主要采用并且已工业化的合成方法为直接苷化法和交换法。
烷基糖苷的合成工艺包括缩醛化反应、脱醇及漂白脱色三部分,对于其合成的开发研究在于各项工艺条件的优化、改进及原料优选的研究。
1、脱醇工艺研究在合成过程中由于使用过量的醇,因此合成中的脱醇成为一项重要的研究任务。
少量残留醇的存在,对烷基糖苷乳化性能影响不大,起泡性能降低,但泡沫的稳定性增加,表面张力降低,增溶和分散性能均有提高;随着残留醇含量的过量增加,所有性能均有下降的趋势。
高碳醇含量较多的APG水溶液中表面张力随浓度增加而递减较快,含醇量较高的表面活性剂水溶液临界胶束浓度相对较大。
脱醇工艺一般为减压精馏脱醇,但以减压蒸馏方式分离高碳醇需要相当高的真空度。
烷基糖苷系列表面活性剂泡沫性能研究作者:王雪峰张建娟来源:《现代纺织技术》2017年第01期摘要:采用DFAl00动态泡沫分析仪,对烷基糖苷(APG)系列表面活性剂在不同条件下的的泡沫性能进行研究。
结果表明:随着APG疏水性增加,泡沫性能先提高后降低,疏水链碳数为10时,泡沫性能最好;质量浓度增加,APG泡沫性能提高,但到一定质量浓度时泡沫性能趋于稳定;温度对APG的泡沫性能影响较大,温度升高,APG泡沫性能下降;无机盐硫酸钠质量浓度增高,APG0810、APGIO泡沫性能有所提高,而疏水链较长的APGl214泡沫性能略有下降;pH值对APG的泡沫性能影响不大;硬水会降低APG的泡沫性能。
关键词:DFAl00动态泡沫分析仪;烷基糖苷;泡沫性能近年来,随着人们环保意识的增强,少水节能的泡沫染整加工备受关注。
泡沫整理是将起泡剂与化学整理品混合后,以物理的方式制造成出含大量空气的泡沫,并通过施加装置将其均匀地分布在待处理织物上的一种加工整理技术。
泡沫整理过程中,起泡剂主要是表面活性剂,其泡沫性能对加工效果起着重要作用,不同功能整理对泡沫性能的要求不同,故对表面活性剂泡沫性能的研究具有重要的意义。
烷基糖苷(alkyl polyglUCOSides,APG)是20世纪90年代以来开发的一类性能优良的非离子型表面活性剂,它是以葡萄糖和天然脂肪醇为原料,由半缩醛羟基与醇羟基,在酸等催化下脱去一分子水生成的产物,具有表面活性好、泡沫性能优良、相容性好、无毒且可100%生物降解等优点,已广泛应用于纺织日化等领域。
本文选用不同烷链碳数、聚合度为1.4~1.8的烷基糖苷,探究APG分子结构及外界因素对其泡沫性能的影响,以期为泡沫整理中起泡试剂的选用提供依据。
1.实验1.1实验仪器及药品DFA100动态泡沫分析仪(德国Krtiss公司),HH-4数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)。
APG类表面活性剂(工业级,临沂市兰山区绿森化工有限公司,通式为(C6H11O6)OR,其中APG08(R=C8),APGlO(R=C10),APG0810(R=C8-10),APGl214(R=C12-14))、无水硫酸钠(AR,天津市津北精细化工有限公司)、硫酸(AR,浙江三鹰化学试剂有限公司)、无水乙酸(AR,杭州高晶精细化工有限公司)、无水乙酸钠(AR,南京化学试剂有限公司)、无水碳酸钠(AR,天津市致远化学试剂有限公司)、碳酸氢钠(AR,天津市致远化学试剂有限公司)、氢氧化钠(AR,天津市永大化学试剂有限公司)、无水氯化钙(AR,杭州高晶精细化工有限公司)、氯化镁(AR,天津市科密欧化学试剂有限公司)、海藻酸钠(CR,南京化学试剂有限公司)。
表面活性剂污染物的生物降解研究表面活性剂(Surface Active Agent,简称Surfactant)是化学物质的一种,其主要特点是具有降低液体表面张力的能力,因此在日常生活中被广泛应用于清洁剂、洗涤剂、妆前乳等各类产品中。
然而,表面活性剂的使用也带来环境问题——当它们被排放到自然水体中时,会对水中的动植物等生态系统造成一定影响,因此表面活性剂污染物的生物降解成为当前环保研究领域的一个重要方向。
一、表面活性剂的分类及其危害表面活性剂可以根据其化学基团进行分类,其中最常见的是烷基苯磺酸盐(LAS)和酚醚类表面活性剂。
烷基苯磺酸盐作为一种阴离子表面活性剂,其分子结构中含有苯环及烷基链,因此成为了洗涤剂等消费品的首选成分。
而酚醚类表面活性剂则分为非离子和阴离子两种,常被用于水溶性的农药、除草剂和染料等生产中。
表面活性剂虽然在日常生活中发挥着巨大的作用,但是它们也带来了很多危害。
比如,表面活性剂对于水生动植物的毒性较大,会使水中的生物体发生典型的“毒性大爆发”现象,严重时会对水生动物的种群、群落结构造成影响。
另外,在肥皂、洗涤剂等消费品的生产过程中也常产生有机污染物及其衍生物,如二甲苯等,这些有机污染物对环境也有一定影响。
二、表面活性剂污染物的生物降解机理表面活性剂污染物的生物降解是指利用微生物等生物体将表面活性剂有机物分解为其原始结构单元、无机物和能量的过程。
微生物代表了生物降解过程的核心,这些生物大多为原核生物,包括细菌、蓝藻和真菌等。
这些微生物主要通过分泌各种降解酶来将表面活性剂分子分解,并利用这些分解产物来生产能量和生物质等。
在表面活性剂污染物生物降解过程中,微生物群落的流动性与降解剂的有效供给是影响生物降解效率的两个主要因素。
通常情况下,表面活性剂污染物的生物降解是由多个微生物群体共同完成的,这些微生物群体包括钝化群落、降解群落和稳定群落等。
钝化群落包括了那些不耐受表面活性剂、生长缓慢的微生物,降解群落则以能够在表面活性剂存在的条件下快速生长的微生物群体为主,而稳定群落则由适应表面活性剂环境且生长缓慢但有利于净化水的微生物。
表面活性剂生物降解性研究表面活性剂的大量使用导致污染水域逐年扩大,致使生态环境恶化、沿海生物资源衰竭、生物多样性锐减,并引发了多种环境灾害,甚至对人体健康带来危害。
因此加强表面活性剂降解的研究,有效地控制生态环境的进一步恶化,已成为科技工作者的一项重要课题。
表面活性剂降解的技术近几年也有了较大发展,其中生物降解是目前使用最普遍的一种降解方法。
生物降解是利用微生物分解有机碳化物,有机碳化物在微生物作用下转化为细胞物质,作为能源而被利用,进一步分解成为CO2和HO的一种现象。
表面活性剂的降解是指表面活性剂在环境因素(微生2物)作用下结构发生变化而被破坏,从对环境有害的表面活性剂分子逐步转化成对环境无害的小分子如(CO2、H2O、NH3等)的过程。
完整的生物降解需要经历以下过程:(1)初级生物降解:包括吸附和裂解两个过程,在这一阶段表面活性剂母体结构消失,特性发生变化;(2)环境允许的生物降解:达到环境可以接受程度的生物降解,降解得到的产物不再导致环境污染;(3)最终生物降解:表面活性剂完全转化为CO2、H2O和NH3等无机物和其它代谢物。
1、表面活性剂生物降解性的指标表面活性剂的降解性主要是通过考察以下两种指标。
(1)生物降解度表面活性剂的生物降解度通常是指在给定的曝露条件和定量分析方法下表面活性剂降解的百分数。
(2)降解时间和半衰期在衰减实验中,经过一定的曝露时间后,表面活性剂的生物降解度接近一个常数。
通过以表面活性剂降解度达到水平状态的值和达到水平状态的时间这两个数据表示表面活性剂的生物降解性能。
生物降解达到水平状态值时所需时间愈短,则生物降解性愈好。
此外,可以用半衰期来表示生物降解速率。
半衰期为表面活性剂浓度下降到初始浓度的一半时所需的生物降解时间。
半衰期愈短,生物降解速率愈高。
2、影响表面活性剂生物降解的因素影响表面活性剂降解的因素很多,主要分为如下几方面:(1)微生物种源影响生物降解试验很重要的一个因素是所采用的微生物的情况,微生物是否经过污染物驯化在很大程度上影响微生物对有机化合物的生物降解,如对于酚而言,以驯化的污泥降解苯酚的能力是未经驯化污泥的50倍。
表面活性剂降解技术的分析1. 引言1.1 背景介绍表面活性剂是一类具有表面活性并能改善液体界面性质的化学物质,广泛应用于日常生活和工业生产中。
随着社会经济的发展和人们对生活质量要求的提高,表面活性剂的使用量不断增加,导致环境中表面活性剂的排放量也在不断增加。
表面活性剂的过量使用和排放将对环境造成严重的影响,如污染水体、破坏生态平衡等。
表面活性剂的降解和清除成为一项重要的环境保护工作。
当前,针对表面活性剂的降解技术包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法主要是利用物理过程(如吸附、吸附、膜分离等)将表面活性剂从环境中去除;化学方法则是通过化学反应将表面活性剂转化为更容易降解的物质;生物方法则是利用微生物对表面活性剂进行降解。
不同的降解技术有各自的优缺点,需要根据具体情况进行选择使用。
本文旨在对表面活性剂降解技术进行分析和探讨,旨在为环境保护提供参考和借鉴,以期减少表面活性剂对环境的影响,保护生态环境的稳定和健康发展。
1.2 研究目的研究目的是探讨表面活性剂降解技术在环境保护和污染治理方面的应用和发展趋势。
通过深入研究表面活性剂的特点和不同降解技术的优缺点,旨在找出更有效、更环保的降解方法,进一步提高表面活性剂的降解效率和降解质量,减少对环境的影响,保护生态系统的稳定性。
通过本研究,也可为相关领域的科研人员和工程技术人员提供参考和借鉴,促进表面活性剂降解技术的创新和应用,推动环境治理工作的不断进步和完善。
通过对表面活性剂降解技术的深入研究和分析,有望为未来环境保护工作提供更科学、更可行的解决方案,为构建美丽中国、绿色家园贡献力量。
1.3 研究意义表面活性剂降解技术的研究意义主要体现在以下几个方面:表面活性剂是一类广泛应用于化工、农业、生活用品等领域的化学物质,其大量使用对环境和人类健康造成了一定的影响。
研究表面活性剂降解技术,可以减少表面活性剂对环境的危害,保护生态环境。
表面活性剂降解技术的研究可以促进工业生产过程的清洁化、绿色化。
新型高效、无毒、可生物降解的非离子表面活性剂烷基糖苷西北大学xx烷基糖苷(APG)是新型高效、无毒、可生物降解的非离子表面活性剂,表面活性很好,复配后可形成目前最好的表面活性剂,烷基糖苷具有十分优异的性能,表面张力低、起泡力强、泡沫稳定、润湿性好、配伍性能极好,对人体刺激性小,毒性极低,能迅速生物降解,是目前世界上唯一可被称为无毒级的品种,因此,烷基糖苷也以其超群的性能被誉为“世界级”表面活性剂。
课题组于1998年开始本课题的研究,先后受到西北大学校内重点基金项目、陕西省工业科技攻关项目、陕西省教育厅产业化培育项目的资助,2005年10完成了全部中试任务,取得了成熟、先进的一步法合生产烷基糖苷的工艺技术成果,于2006年3月通过了陕西省科委组织的技术鉴定会(证书编号:陕科鉴字2006第021号),已取得中国发明专利权,专利号:ZL64.8。
该工艺无环境污染,设备及原料能立足于国内,适合中小型企业接产,投产后可取得很好的经济效益和社会效益。
1000吨/年烷基糖苷生产工厂,需投资约250万元,厂房面积:200m2×2,员工人数:34人,年产值:900万元,年利税:355万元,返本期:1.0年,50%烷基糖苷水剂的工厂成本约5500元/吨。
烷基糖苷可应用很多行业和领域,如:洗涤业、化妆业、食品加工业、纺织印染、农药及制药等众多领域,此外,烷基糖苷具有广谱的抗菌活性,对革兰氏阴菌、革兰氏阳性菌和真菌,C8~12烷基糖苷都有抗菌活性,并以烷基碳数增加活性递增。
因此作为卫生清洗剂更具优点。
烷基糖苷还可用作乳化剂、润湿剂、发泡剂、增稠剂、分散剂和防尘剂等。
近年来,在农药乳化剂方面取得了很好的应用效果。
烷基糖苷用于三次采油,具有耐高温、耐碱和耐矿物盐的特点。
在解决金属矿物开采所产生的空气污染问题方面取得料很好的应用效果。
据资料报道世界表面活性剂市场前景广阔,仅北美地区年需求200万吨,到2010年前还在以每年3%的速度增加,世界年日用品消费的表面活性剂可达到1156万吨,预计亚太地区到2010年将达到年需求580万吨。
表面活性剂降解技术的研究进展摘要:表面活性剂的降解技术正受到越来越多的关注。
本文介绍了几项技术在国内外的研究现状;讨论了表面活性剂降解的研究成果;并对近几年发展起来的表面活性剂光催化降解的催化剂、工艺组合作了简要介绍。
关键词:表面活性剂生物降解光降解生物处理有机污染物在表面活性剂给人们的生活和工农业生产带来极大方便的同时,也给我们的环境带来了污染。
表面活性剂可以降解水体中氧的传递速度,严重时可以使水体缺氧、腐败,水体自净过程受阻。
磷酸盐的含量高时有可能导致水体的富营养化。
因此对表面活性剂降解技术的研究显得尤为重要。
一、表面活性剂的分类在表面活性剂科学中广泛采用的是按照其在水中,亲水基是否电离分为离子型和非离子型表面活性剂两大类。
离子型又可按照离子的电性分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂3种。
此外还有近年发展较快的,既有离子型亲水基又有非离子型亲水基的混合型表面活性剂。
下面分别加以介绍:1.阴离子型憎水基主要为烷基、异烷基、烷基苯等,亲水基主要有钠盐、钾盐、乙醇胺盐等水溶性盐类。
阴离子型表面活性剂主要有,羧酸盐( RCOOM)、烷基硫酸酯盐( ROSO3M)、烷基磷酸酯盐(ROPO3M)、烷基磺酸盐(RSO3M)等。
2.阳离子型几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物,就是有机胺的衍生物。
主要有季铵盐(RNR3A)、烷基吡啶翁(RC5H5NA)。
阳离子表面活性剂可以作为杀菌剂,也有柔软、脱脂、破乳、抗静电作用。
一般来说它不具备去污能力,不能和阴离子表面活性剂配伍使用。
3.两性型分子中带有两个亲水基团,一个带正电,一个带负电,正电性基团主要是含氮基团(或用硫和磷取代氮的位置)。
负电基团主要是羧基和磺酸基。
甜菜碱类[ RN(CH3)2CH2COO],氨基丙酸类( RNH2CH2CH2COO),牛磺酸类[ RN(CH3)2(CH2)2SO3]和咪唑啉类是4类重要的两性型表面活性剂。