绿色表面活性剂的研究进展

绿色表面活性剂的研究进展

摘要：表面活性剂在工业生产和日常生活中占有越来越重要的地位，被人们形象地称为“工业味精”，广泛应用于化妆品、洗涤剂和制药等行业。但是与此同时，大量使用表面活性剂带来的生态破坏和环境污染也不容忽视。为了保护人类的生存环境，实现可持续发展的目标，研究和开发一批温和、安全、高效、易生物降解和保护环境的绿色表面活性剂势在必行。目前，已有不少专家、学者从事这方面研究，并已取得了一定的研究成果。

关键字：活性剂；绿色；表面

1、表面活性剂的性能分类以及发展趋势

表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。由于表面活性剂分子中具有非极性烃链（8个碳原子以上烃链）以及极性基团（如：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基和醚键等），使其分子结构具有两亲性。表面活性剂按其在水中是否离解，可分为非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。离子型表面活性剂根据溶解后的活性成分又可分为阳离子型、阴离子型和两性离子型[1]（见图1）。

表面活性剂特殊的分子结构，使其具有增溶、乳化、润湿以及杀菌消毒和去污等性能，广泛应用在洗涤剂和化妆品、工业、农业以及环境工程等方面。截至2005 年，表面活性剂使用量已经超过了1520 万顿，使用量以每年3% 的速度快速增长，需求量极大。但表面活性剂在生产和使用的过程中对人体及环境生态系统造成了严重的危害。在洗涤剂中加入一定量的表面活性剂可以增强洗涤剂的溶解性和洗涤性，但由于这些表面活性剂具有一定的毒性，会对皮肤产生明显的刺激作用。表面活性剂还会对生态系统产生潜在的危害。如烷基苯磺酸钠（ABS）的生物降解性差，在洗涤剂中大量使用，所产生的大量泡沫造成了城市下水道及河流泡沫泛滥；使用含有磷酸盐的表面活性剂使河流湖泊水质产生“富营养化”：在生产直链烷基苯磺酸钠（LAS）的过程中所产生的二氧化硫、三氧化硫，及在脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）生产过程中产生的二烷类物质不易生物降解，对环境造成了巨大的危害。为了满足人们日益增强的保健需求，确保人类生存环境的可持续发展，开发对人体尽可能无毒无害及对生态

环境无污染的表面活性剂势在必行[2]。

图1 表面活性剂的分类

2、绿色表面活性剂的概述

绿色表面活性剂一般是由天然再生资源加工成的具有两亲性结构的物质，对人体刺激小，易生物降解。但也有一些绿色表面活性剂是在普通表面活性剂的基础上进行结构修饰（如引入一些特殊基团），有的是对一些本来不具有表面活性的物质进行结构修饰，还有一些是合成的具有全新结构的表面活性剂。绿色表面活性剂具有天然、温和以及刺激性小等优良特点。同传统表面活性剂一样，绿色表面活性剂具有亲水基和憎水基，但却具有高效强力去污性、优良的配伍性及良好的环境相容性，并表现出良好的乳化性、洗涤性、增溶性、润湿性、溶解性和稳定性等。根据绿色表面活性剂在反应中降解方式的不同，主要以生物表面活性剂、可降解表面活性剂以及反应型表面活性剂等几种典型的绿色表面活性剂为例，介绍了绿色表面活性剂的研究进展。3、典型的绿色表面活性剂

3.1 生物表面活性剂

生物表面活性剂是微生物在代谢过程中分泌出的具有一定生物活性的次级代谢产物。与合成表面活性剂一样，生物表面活性剂由亲水基和疏水基两部分组成，但生物

表面活性剂比合成表面活性剂更具有潜在的优势：①可生物降解，不会造成再污染；

②无毒或低毒；③一般不致敏、可消化，因此可用于化妆品和食品的添加剂；④可以用工业废物生产，有利于环境污染治理；⑤具有更好的环境相容性和起泡性，在极端温度、pH值、盐浓度下具有更高的选择性和专一性；⑥结构多样，有可能适用于特殊领域。

韩慧龙等在中原油田石油污染耕地区域筛选出一株石油降解细菌—阴沟肠杆菌（Enterobactercloacae），并将细菌-真菌协同修复技术用于石油污染土壤的原位修复，取得了很好的效果。在前期工作中发现，E．cloacae 可以产生生物表面活性剂并对石油烃产生乳化作用，从而可能提高石油烃的生物利用度。

徐圆圆等系统地考察了E．cloacae 产生生物表面活性剂的特性，优化了产生生物表面活性剂的培养基条件，分离纯化得到生物表面活性剂并对其进行了鉴定，考察了生物表面活性剂对菲这种多环芳烃的乳化、增溶和脱附作用。结果表明，E．cloacae 能以葡萄糖等水溶性碳源产生糖脂类表面活性剂，表面活性剂的产生与菌体生长为正相关型。E．cloacae 产生表面活性剂的最佳营养培养基组成为：葡萄糖为碳源、氯化铵为氮源，质量分数分别是3% 和0.1%，碳氮比为8.9，初始pH 值是7.2。所产生的糖脂类生物表面活性剂对菲有增溶效果，并可强化菲从高岭土上的脱附。这些结果预示，采用E．cloacae 所分泌的表面活性剂可以提高土壤表面吸附的石油烃污染物的生物利用度，从而提高石油烃污染土壤的生物修复效率。YESEM 等用高分子生物表面活性剂Emulsan和高沥青含量的6 号稠油配制的O/W 型乳状液（油水体积比7∶3）进行了燃烧实验。该乳状液具有很好的稳定性和可燃性。碳燃烧充分，燃烧过程中看不见明显的烟，而且没有检测到一氧化碳的存在。稠油乳状液的直接燃烧有利于低品质稠油的应用。最初人们对生物表面活性剂感兴趣，主要是由于其具有高效、低毒以及无污染等优点，可替代化学表面活性剂。近年来研究发现，生物表面活性剂除具有表面活性的功能外，还具有潜在的抗菌活性，包括抗真菌、抗细菌、抗支原体和抗病毒等活性，此外，还可用在免疫调节分子、黏合剂、疫苗及基因治疗等方面[3]。

目前，国内外只有少数几种生物表面活性剂产品走向市场，大多数仍处于实验研究阶段，这主要是由于它的经济成本较高影响了其广泛应用。但是，随着生物技术的不断进步和生物工程的发展，人们对生物表面活性剂，尤其是对产生生物表面活性剂菌株研究的不断深入，有望在将来大规模应用具有商业价值的生物表面活性剂。

3.2 可降解型表面活性剂

可降解型表面活性剂又叫做tempory（暂时性）表面活性剂，或可控半衰期表面