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  表面活性剂是一种显著改变界面性质的特殊化学物质,具有润湿、渗透、增溶、乳化、分散、洗涤、发泡、柔软、抗静电等功能特,广泛用于工业制造领域如石油开采、各种矿物浮洗、纺织物加工整理、油漆和建筑涂料、建筑减水剂、农药乳化、皮革清洗和鞣制、造纸助剂、印刷油墨、化肥和各类化工产品添加、食品工业添加剂、制药工业、信息材料等,当然表面活性剂的更大用途是工业和民用清洗。各种用途的民用洗涤剂如用于织物洗涤的普通洗衣粉、洗衣液、肥皂和各类宾馆酒店专用洗涤液;用于食品和餐具洗涤的餐洗液、果蔬洗液;用于人体清洁洗发液、护发液、洗手液、洗面奶等;用于硬表面清洁的各类卫生间清洗剂和消毒剂;当然还有各种工业用途的清洗剂。表面活性剂作为工业味精已经渗透到了工农业的各个领域,当今与表面活性剂毫无关系的产业已经为数不多了。

  作为用途最广的一类产品,我国表面活性剂的生产量自改革开放以来一直在以几何级数增长,已成为国民经济的基础工业之一。1995年全世界表面活性剂的总产量是930万t, 2005年为1250万t,品种超过2万个。我国表面活性剂的产量从1995年的约80万吨增长到2005年的302万吨,居世界第二位,2010年的产量更是到了世界第一,形成阴离子、非离子、阳离子和两性离子的45个大类、130个小类超过5000个品种的表面活性剂的工业体系。

  在众多的表面活性剂品种中,约75%由石油产品制得,余下的来自于以油脂为主的天然原料。由于成本因素,目前在我国生产和应用的表面活性剂以石化来源的烷基苯磺酸盐、醇醚磺酸盐、醇醚乙氧基化物为主,天然来源的只占很少的比例。

  在绝大多数表面活性剂的使用领域中,都是基于其润湿、渗透、乳化、分散、洗涤、发泡、抗静电等物理性质,因此在使用后基本都不发生化学结构变化,而是以原来的形式残留在环境中,或者被排放到水体或土壤等自然界,任由其自生自灭。例如超过50%的表面活性剂是用于洗涤的,而所有的洗涤废水几乎都进入了生活污水系统,因此污水中的表面活性剂含量相当高,特别是在表面活性剂生产厂、应用厂和生活小区的排放污水中尤为突出。在我国污水处理的比例并不高,尤其在占人口比例很大的县和县以下生活区,几乎没有污水处理系统,所有生活污水都排入了江河湖海等自然水体环境中,很容易在环境中造成累积。又如,作为农药乳化剂的表面活性剂都随着农药喷洒在农田里,从而进入土壤,在土壤中残存累积。因此表面活性剂是否能被自然界的生物降解成为一个越来越重要的问题。

  表面活性剂的大量使用不仅造成了土壤、水质的严重污染,甚至对人体也会带来危害。如皮肤过敏、癌症、生物雌性化等[1]。因此有关表面活性剂的降解愈来愈受到人们的重视。不仅对表面活性剂的生物降解性做出了规定,例如欧盟对表面活性剂的降解性作了严格的规定,要求对用于家用洗涤剂的阴离子表面活性剂的初级生物降解度应不得低于90 %;而且正逐步用无毒(或低毒)、易降解的表面活性剂如α-烯基磺酸盐、氧化胺、聚氧乙烯非离子型、两性离子型和天然表面活性剂取代传统合成的含苯环、且较难降解的表面活性剂,如烷基芳基磺酸盐、聚氧乙烯烷基酚醚等。进入21世纪,全世界都在进行绿色化学的研究和发展,为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。

  由于表面活性剂产品分子结构的差异以及功能团的不同,本数据库将具有相同结构单元、功能团、分析方法等进行简化和汇总,见表所示。

表面活性剂生物降解数据库说明:

一、基团或官能团的缩写或简称

简  称

含  义

AOS

α-稀基磺酸盐

APEn

烷基酚聚氧乙烯醚(含n个EO)

Am

戊烷基

Bn,Bn0

丁氧基团,含有n摩尔丁氧基

BI

支链系数

br-

支链的

CWO

裂解脂肪烯烃

Cy

环状的

Cy6

环己烷或取代的环己烷

CyG

每个分子中环烷烃基团

DBAS

二硫蓝活性物

DEA

二乙醇胺或二乙醇酰胺

DMG

每个分子中邻二甲基

En

聚氧乙烯醚衍生物,分子的EO加合数为n,以%表示;En0表示不含EO

EA

乙醇胺或乙醇酰胺

Eb

p-乙苯

EGG

乙二醇糖苷

EI

乙烯亚胺

ES

乙烯基硫化物

ex

从衍生

FA

脂肪酸

Fal

脂肪醇

Gn

聚甘油及衍生物,每个分子含n个甘油基团

GG

甘油葡糖苷

Hdg

氢化的

HEn

聚乙二醇,每分子含n个EO

HTA

氢化牛油酰胺

Hx

n-己基

i-

异-

iQ+

异喹啉

Iz+

咪唑啉

kero

煤油

Lin

线性

MEA

单乙醇(酰)胺

MG

每分子含甲基

n-

普通,线性

NR

非随机的,通常是连接在第二个碳原子上的

Pn

聚氧丙烯加合物,n每分子环氧丙烷加合数

PEG

聚乙二醇

s-

次级的

SAS

仲烷基磺酸盐

So

山梨醇

t-

TEA

三乙醇胺

Tal

牛油脂肪醇

TO

妥尔油

tp-

三丙基或四丙基

x,y

不确定的基团或碳链

Ф

苯环或取代苯环

磺酸基团,O∑是指硫酸盐

二、生物降解度公式

对于在参考文献中没有具体的降解度(率)数值情况,一般根据图表或曲线的估计数值计算而得。

B 表示生物降解指数,B=% 表面活性剂消失率/%BOD消失率

F 以O2消耗表示的相对稳定系数,F=(表面活性剂O2消耗/表面活性剂COD)/(人工污水O2消耗/人工污水COD)

L 表示以LAS的O2消耗量为基准设定值1 计算所得的其他物质O2消耗量

M 以摩尔表示的O2消耗率,M=消耗的O2摩尔数/表面活性剂基体摩尔数

R 表示通过DS/GC技术研究的道德机体的相对初级降解率

+ 表示在缺乏定量数据时的定性降解情况

ѱ 表示由研究者选择的中断测试时的任意值,一般是50%、80%或者90%。

三、测试条件

简 称

含 义

Acc

特殊的环境适应性

Alg

用于生物降解测定的藻类

An

厌氧的

AnSew

厌氧条件污水消失

Aqu

消失实验用水箱

ASEff

活性污泥流出消失

BAnD

厌氧消失测试单元

BOD

标准的BOD测试步骤

CAnD

连续的厌氧降解,通常是逐日或株洲增加含量(实际是半连续的)

CAS

连续活性污泥法

Chan

在生活区废水流经一个厂河流(或渠道)室测得的生物降解。

CST

恒温器

Enz

无接种物的酶降解

EW

河水

GW

地面水

In

用环境微生物接种的天然或人工的介质,用于震荡培养法,BOD法等测试。

InP

单一菌种接种物

LMSM

湖水微生物

LR

实验室模拟河流

MEW

水生态系统模型

Pond

污水氧化池或模拟污水氧化池

RTF

循环滴滤池

RW

河水消失

Sew

污水消失

SF

震荡培养

SMSM

海水微生物

Soil

通过土壤间歇式渗流或消失在土壤中

ST

化学废池或模拟池

Sunfl

向日葵生物降解性

SW

海水

TF

滴滤池

W;S

冬天;夏天

Wa

Warburg 呼吸器;生物降解性可以通过除了生成氧气之外的其他参数来估算

*

场地测试或大规模污水处理测试

四、分析方法

方 法

含 义

ATx

水生物毒性

B

微生物生长

BI

碘化铋法

BTx

微生物毒性

C

有机碳;14C研究

COD

化学需氧量

Col

比色法

CO2

二氧化碳产生法

CT

硫氰酸钴法

DGC

脱硫/气相色谱法

F

泡沫性质

Fish

鱼类毒性

Gas

厌氧条件下气体生成量

GC

气相色谱法

HgI

碘化汞

HP

高效液相色谱

IR

红外光谱

KI3

碘化钾-非离子表面活性剂

MB

甲基蓝、甲基绿以及其他方法-阴离子表面活性剂

MeGC

甲基化气相色谱

MP

代谢物测定

NH3

氨生成

NO3

硝酸盐生成

O2

氧气吸收

OP

有机磷

PC

纸色谱

PoL

极谱法

PM

钼磷酸盐

PW

磷钨酸盐

PWC

磷钨酸沉淀碳含量

PX

离子对萃取

RA

示踪标记硫或硫酸盐

RC

原子示踪碳

RS

从标记的磺酸盐或硫酸盐示踪硫酸盐的形成

RФ∑

环磺化物→酚融合

SMB

硫酸化亚甲基蓝

SO4

无机硫酸盐生成

TLC

薄层色谱

UV

紫外可见光谱

UVF

紫外可见荧光光谱

Wt

无细胞介质中溶解有机物的质量

σ

表面张力