季戊四醇酯的生物降解评估研究

简　报

文章编号:0253-2468(2001)-01-0120-03 中图分类号:X172 文献标识码:A 季戊四醇酯的生物降解评估研究

陈静仪,诸　泉,杨映松,石丽玲,姚志强,卢钟鹤　(中科院广州化学研究所　510650)

摘要:根据用于评估润滑油生物降解性的C EC 测试方法,对新型冷冻机的润滑油基础油季戊四醇酯的生物降解性以及添加剂对其的影响进行评估,并结合红外光谱讨论季戊四醇酯的生物降解规律.关键词:季戊四醇酯,CEC 测试方法,生物降解,红外光谱

Emulation on biodegradability of pentaerythritol esters

CHENG Jingyi ,ZHU Q uan ,YANG Yingsong ,SHI Liling ,YAO Zhiqiang ,LU Zhonghe (Guangzhou

Insti -

tute of Chemistry ,Chinese Academy of Scien ces ,Guangzhou 510650)

Abstract :The b iodegradabil ityies of pentaeryth ritol esters and influences of additives were assess ed by CEC test .Some rules of their b iod egrad ation w ere dis cu ssed b y the IR spectra and the resu lts of CEC test .K ey words :p entaery thritol ester ;CEC test ;biod egrad ation ;IR s pectrum

收稿日期:2000-02-01;修订日期:2000-05-10

基金项目:广东省自然科学基金(970417);中科院广州分院测试基金作者简介:陈静仪(1974—),女,硕士

在运输、压缩机运转以及废油的处理等过程中,流失到环境中的润滑油,对环境存在着很大的潜在危害.润滑油是由基础油和添加剂组成,而基础油一般约占95%.目前广泛用于电冰箱和汽车空调的CFC -12(R12,二氟二氯甲烷)类制冷剂对保护地球的大气臭氧层有严重的破坏作用.新制冷剂HFC -134a (R134a ,1,1,1,2-四氟乙烷)已被公认为CFC -12目前最理想的替代物之一,最有希望成为与HFC -134a 相匹配的冷冻机基础油主要有聚醚油和酯类油两大类[1].酯类油一般是季戊四醇酯.目前,国外广泛使用CEC 生物降解性试验方法[2]对润滑油的生物降解性进行评估.国外对某些酯类油和聚醚的生物降解性研究较多,而对多元醇酯和聚醚酯的生物降解性研究报道很少.国内此方面的研究工作还少见报道.本文根据具体研究状况对该方法进行必要的改进,用于对季戊四醇酯的生物降解性进行评估,并对季戊四醇酯的生物降解规律进行了探讨.1　实验部分1.1　实验条件

1.1.1　无碳源培养液　KH 2PO 4(C .P )0.7g ;K 2HPO 4(A .R )0.7g ;M gSO 4·7H 2O (C .P )0.7g ;NH 4NO 3(C .P )1g ;NaCl (C .P )0.005g ;FeSO 4·7H 2O (A .R )0.002g ;ZnSO 4·7H 2O (A .R )0.002g ;M nSO 4·H 2O (C .P )0.0006g ;蒸馏水1L ;pH =6.5.

1.1.2　接种物的来源　接种物取自广州大坦沙污水处理厂的的生物反应池,在广东省微生物研究所经离心富集浓缩,测定总菌群数大于1×106/mL ,符合实验要求.

1.1.3　检测仪器和条件　检测仪器:美国Analect 公司RF X -65型F T I R 仪.检测条件:SC =32/64,G A =2/2,RESO =4,1mm 厚度的K Br 液体池.1.2　CEC 测试

第21卷第1期2001年1月

环　境　科　学　学　报

AC TA SCIENT IAE CIRCUM STAN TIAE

V ol .21,No .1Jan .,2001

DOI :10.13671/j .hjkxxb .2001.01.024

CEC 测试是通过测定剩余油的内容物来计算生物降解率的.实验中用四氯化碳把未降解或未完全降解的剩余油的内容物萃取到有机相,然后用红外光谱检测2930cm -1附近最大的甲基、次甲基、亚甲基吸收峰,与0天未经降解的萃取样品比较,从吸收峰的变化计算降解率.

配制50%季戊四醇酯的四氯化碳溶液(由于检测限的原因,把该方法15%润滑油的四氯化碳溶液改成50%的季戊四醇酯的四氯化碳溶液).在300m L 的锥形瓶中,加入150mL 无碳源培养液,1mL 接种物和50μL 上述配好的样品溶液.通空气,通气量为3.2L /h ,黑暗中,25±1℃,培养21d .其中7d ,14d ,21d 取样,用5m L 四氯化碳萃取(四氯化碳的用量由萃取率决定),萃取样品用红外光谱检测.萃取样品与0天萃取样品在2930cm -1附近最大的吸收峰进行比较,计算降解率.用高降解率己二酸二异辛醇酯作为标准样品,检验接种物的生物降解性能.2　结果与讨论

2.1　基础油的生物降解结果和讨论

计算结果列表如表1所示.

表1　季戊四醇酯的生物降解性结果＊

Table 1　CEC biodegradabilities of pentaerythritol esters

样　品分子量粘度,mm 2/s (40—100℃)生物降解率,%

7d 14d 21d 己二酸二异辛醇酯3707.14—2.3083.589.492.4正丁酸季戊四醇酯41716.89—3.45

67.580.987.3异丁酸季戊四醇酯417固体48.068.976.4正庚酸季戊四醇酯58523.65—5.0679.083.493.7正辛酸季戊四醇酯64126.45—5.3072.788.589.8异辛酸季戊四醇酯64125.01—4.9920.038.539.1正壬酸季戊四醇酯

697

27.40—5.36

60.1

75.0

85.1

＊:接种物的菌群总数约为1×106个/mL

.

图1　正庚酸季戊四醇酯的部分红外光谱图a 、b 、c 、d 分别为0、7、14、21d 的生物降解样品Fig .1　IR spectrum of pentaerythritol heptanoate

从表1的结果可见,直链脂肪酸与季戊四醇反应得到的季戊四醇酯的生物降解率与直链脂肪酸的链长关系不大,而且生物降解性很好.直链脂肪酸的季戊四醇酯较支链脂肪酸的季戊四醇酯易于被生物降解.这与表面活性剂的化学结构与生物降解关系类似,对于碳氢链疏水基,直链者较支链者易于被生物降解[3].

此外,表2的结果表明,当粘度增大到接近200时,季戊四醇酯的生物降解性下降,这是由于粘度增大后,不利于样品在培养液中的分散,从而影响了微生物的降解.

所研究的系列季戊四醇酯都有如图1的降解规律.从图1的同一季戊四醇酯的不同时间的红外谱图发现,随着降解时间的增加,1750cm -1附近的酯键的吸收峰比2960cm

-1

附近最大的吸收峰消失得更快.这可以说明,季

戊四醇酯的降解是生物降解过程中的主要步骤.在微生物用于酯类化合物的降解的很多研究中,普遍认为酯类化合物水解、长链碳的β氧化是生物降解的重要步骤,化合物的支链度是减慢或减弱β位氧化和酯类化合物降解的主要因素[4].

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1期陈静仪等:季戊四醇酯的生物降解评估研究