химический каталог




ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, вещества, адсорбция которых из жидкости на поверхности раздела с другими фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значительной понижению поверхностного натяжения (см. Поверхностная активность). В наиболее общем и важном с практическое точки зрения случае адсорбирующиеся молекулы (ионы) ПАВ имеют дифильное строение, т. е. состоят из полярной группы и неполярного углеводородного радикала (дифильные молекулы). Поверхностной активностью в отношении неполярной фазы (газ, углеводородная жидкость, неполярная поверхность твердого тела) обладает углеводородный радикал, который выталкивается из полярной среды. В водном растворе ПАВ на границе с воздухом образуется адсорбционного мономолекулярный слой с углеводородными радикалами, ориентированными в сторону воздуха. По мере его насыщения молекулы (ионы) ПАВ, уплотняясь в поверхностном слое, располагаются перпендикулярно поверхности (нормальная ориентация).

Концентрация ПАВ в адсорбционного слое на несколько порядков выше, чем в объеме жидкости, поэтому даже при ничтожно малом содержании в воде (0,01-0,1% по массе) ПАВ могут снижать поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,8•10-3 до 25•10-3 Дж/м2, т.е. практически до поверхностного натяжения углеводородных жидкостей. Аналогичное явление имеет место на границе водный раствор ПАВ - углеводородная жидкость, что создает предпосылки для образования эмульсий.

В зависимости от состояния ПАВ в растворе условно различают истинно растворимые (молекулярно-диспергированные) и коллоидные ПАВ. Условность такого разделения состоит в том, что одно и то же ПАВ может относиться к обеим группам в зависимости от условий и химический природы (полярности) растворителя. Обе группы ПАВ адсорбируются на фазовых границах, т. е. проявляют в растворах поверхностную активность, в то время как объемные свойства, связанные с возникновением коллоидной (мицеллярной) фазы, проявляют лишь коллоидные ПАВ. Указанные группы ПАВ отличаются значением безразмерной величины, которая называют гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) и определяется отношением:


где -сродство (свободный энергия взаимодействия) неполярной части молекулы ПАВ к углеводородной жидкости (b-безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ, -свободный энергия взаимодействие в расчете на одну группу CH2, v-число групп CH2 в углеводородном радикале), a-сродство полярной группы к воде. Для коллоидных ПАВ (b + или , где индексы m соответствуют миним. значениям сродства, при котором начинают проявляться коллоидные свойства ПАВ. Миним. число углеродных атомов в радикале для разных видов коллоидных ПАВ лежит в пределах 8-12, т.е. коллоидные ПАВ имеют достаточно большой углеводородный радикал. Вместе с тем коллоидные ПАВ должны обладать и истинной растворимостью в воде, т.е. полярность гидрофильной группы также должна быть достаточно высокой. Этому соответствует условие:


В нач. 60-х гг. 20 в. Д. Девисом была разработана шкала ГЛБ со значениями от О до 40. ПАВ с липофильными свойствами имеют низкие значения ГЛБ, с гидрофильными-высокие. Каждой группе атомов, входящей в молекулу ПАВ, приписывается групповое число. При сложении этих чисел получают ГЛБ по формуле:

ГЛБ = гидрофильных групповых чисел + 4- гидрофобных групповых чисел + 7.

Хотя понятие о ГЛБ является достаточно формальным, оно позволяет определять области применения ПАВ. Так, для образования эмульсий вода/масло ГЛБ лежит в пределах 3-6, эмульсий масло/во да-8-16, для смачивателей-7-9, для моющих средств-13-15.

Поверхностная активность ПАВ, относящихся к разным группам, определяется по-разному. Для истинно растворимых ПАВ она равна макс. значению производной

и измеряется по начальному участку изотермы адсорбции s(c)при с0 (Г-число молей ПАВ, адсорбированных единицей поверхности, R-газовая постоянная, T-абс. температура). Для коллоидных ПАВ поверхностная активность Gмин = (s0 - sмин)/смин, где s0 - поверхностное натяжение чистого растворителя, sМИH-наименьшее (постоянное) значение s, а смин-соответствующая этому значению концентрация ПАВ. Дальнейшее введение в раствор ПАВ приводит к увеличению числа мицелл, а концентрация молекулярно-диспергированного ПАВ остается постоянной. Величина смин-критической концентрация мицеллообразования (KKM). Она определяется как концентрация ПАВ, при которой в растворе возникает большое число мицелл, находящихся в термоди-намич. равновесии с молекулами (ионами), и резко изменяются свойства раствора (электропроводность, поверхностное натяжение, вязкость, светорассеяние и т.д., см. Мицеллообразо-вание).

Классификация ПАВ. В данной статье описывается классификация, принятая на III Международном конгрессе по ПАВ и рекомендованная Международной организацией по стандартизации (ISO)в 1960. Она основана на химический природе молекул и включает четыре основные класса ПАВ: анионактив-ные, катионактивные, неионогенные и амфотерные. Иногда выделяют также высокомол. (полимерные), перфторир. и кремнийорганическое ПАВ, однако по химический природе молекул эти ПАВ может быть отнесены к одному из вышеперечисл. классов.

Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатич. цепями или алкилароматические радикалами. Выделяют 6 групп анионактивных ПАВ.

1) Производные карбоновых кислот (мыла): RCOOM, ROOC (СН2)nСООМ, RC6H4 (СН2)nСООМ, RCH=CH — —(СН2)nСООМ. 2) Первичные и вторичные алкилсульфаты ROSO3M, R»R:CHOSO3M, алкиларилэтилсульфаты RC6H4C2H4OSO3M, алкилциклогексилэтилсульфаты RC6H10C2H4OSO3M и т.п. (см. Авироль, Ализариновое масло, Алкилсульфаты). 3)Алкил- и алкилбензолсульфо-наты, сульфонаты сложных эфиров моно- и дикарбоно-вых кислот: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (см. Алкилбензолсульфонаты, Нафталинсульфонаты, Сульфонаты). 4) Сульфо- и карбокси-этоксилаты спиртов, сульфоэтоксилаты карбоновых кислот, сульфоэтоксилаты алкилфенилэтиловых спиртов, диметал-лич. соли сульфоянтарной кислоты, соли сульфатов непредельных кислот: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH •(COOM) SO3M, RCH (OSO3M)=CH (CH2)n —COOM. 5) Азотсодержащие ПАВ: амидосульфонаты RCONR»—R:—SO3M, амиды сульфокарбоновых кислот RR»NOC—R:—SO3M, амидосульфаты RCONR»- R: —OSO3M, амидокарбоксилаты RCO(NH-R»—CO)nOM, вещества с карбокси- и сульфогруппами RCONH—R— OCOR:(SO3M) —COOM. Вместо амидной группы во многие таких веществах может быть также сульфоамидная группа, например RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Соли перфторир. карбоновых кислот, перфторир. сульфоацетатов, моно- и диалкил-фосфатов и фосфонатов, перфторир. фосфонаты и др. соединения.

В анионактивных ПАВ катион может быть не только металлом, но и органическое основанием. Часто это ди- или триэтаноламин. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи C8 и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери раствори-мости ПАВ в воде. В зависимости от структуры промежуточные функциональных групп и гидрофильности полярной части молекулы длина углеводородной части может доходить до C18. Бензольное ядро соответствует примерно 4 атомам С, перфто-рированная метиленовая группа CF2-примерно 2,5-3 мети-леновым группам.

Наиб. распространены алкилсульфаты и алкиларилсуль-фонаты. Оптим. поверхностно-активными свойствами обладают первичный додецилсульфат и прямоцепочечный доде-цилбензолсульфонат. Эти вещества термически стабильны, малотоксичны (ЛД50 1,5-2 г/кг, белые мыши), не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биологическое распаду в водоемах (см. ниже), за исключением алкиларил-сульфонатов с разветвленной алкильной цепью. Они хорошо совмещаются с другими ПАВ, проявляя при этом синергизм, порошки их негигроскопичны. Вторичные алкилсульфаты обладают хорошей пенообразующей способностью, но термически неустойчивы и применяются в жидком виде. Вторичные алкилсульфонаты обладают высокой поверхностной активностью, но весьма гигроскопичны. Перспективными являются ПАВ, у которых гидрофильная часть состоит из нескольких функциональных групп. Например, динатриевые соли сульфоянтарной кислоты обладают хорошими санитарно-гигиенич. свойствами наряду с высокими коллоидно-химический и технол. показателями при растворении в жесткой воде. ПАВ, содержащие сульфониламидную группу, обладают биологическое активностью. Хорошими свойствами обладает также додецил-фосфат.

Катионактивными называют ПАВ, молекулы которых диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона-обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты. Преобладающими среди катионактивных ПАВ являются азотсодержащие соединение; практическое применение находят и вещества, не содержащие азот: соединение сульфония [RR»R:S]+X- и сульфоксония [RR»R:SO]+Х-, фосфония [R3PR»]+ X-, арсония [R3AsR»] + Х-, иодония (формула I). Азотсодержащие соединение можно разделить на следующей основные группы: 1) амины и их соли RNR»R: • HX; 2) моно- и бисчетвертичные аммониевые соединения алифатич. структуры [RNR»R:R»««]+ X-, [RR»2N-R:—NR»2R]2+-, соединение со смешанной алифатич. и ароматические структурой [RR»2 NC6H4NR»2 R]2 +- ; 3) четвертичные аммониевые соединения с раз л. функциональных группами в гидрофобной цепи; 4) моно- и бисчетвертичные аммониевые соединение с атомом азота в гетероциклический кольце. Последняя группа объединяет сотни ПАВ, имеющих пром. значение. Важнейшие из них-соединение пиридина, хинолина, фталазина, бензи-мидазола, бензотиазола, бензотриазола, производные пирастворолидина, имидазола, пиперидина, морфолина, пиперазина,

бензоксазина и др.; 5) оксиды аминов RR»R:N+O- (начато пром. производство); 6) полимерные ПАВ (II). Применяют в основные поливинилпиридинийгалогениды.

Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионахтивные, но они могут взаимодействие химически с поверхностью адсорбента, например с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие. Взаимод. полярных групп катионактивных ПАВ с гидроксильны-ми группами волокон целлюлозы приводит к гидрофобиза-ции волокон и импрегнированию тканей.

Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего по-лиэтиленгликолевой цепи. По-видимому, при растворении образуются гидраты вследствие образования водородной связи между кислородными атомами полиэтиленгликоле-вого остатка и молекулами воды. Вследствие разрыва водородной связи при повышении температуры растворимость неионогенных ПАВ уменьшается, поэтому для них точка помутнения -верх. температурный предел мицеллообразования- является важным показателем. Mн. соединение, содержащие подвижной атом H (кислоты, спирты, фенолы, амины), реагируя с этиленок-сидом, образуют неионогенные ПАВ RO (C2H4O)n H. Полярность одной оксиэтиленовой группы значительно меньше полярности любой кислотной группы в анионактивных ПАВ. Поэтому для придания молекуле требуемой гидро-фильности и значения ГЛБ в зависимости от гидрофобного радикала требуется от 7 до 50 оксиэтиленовых групп. Характерная особенность неионогенных ПАВ-жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах.

Неионогенные ПАВ разделяют на группы, различающиеся строением гидрофобной части молекулы, в зависимости от того, какие вещества послужили основой получения полигли-колевых эфиров. На основе спиртов получают оксиэтилиро-ванные спирты RO(C2H4O)nH; на основе карбоновых кислот - оксиэтилированные жирные кислоты RCOO (C2H4O)n H; на основе алкилфенолов и алкилнафтолов - оксиэтилированные алкилфенолы RC6H4O(C2H4O)nH и соединение RC10H6O-— (C2H4O)nH; на основе аминов, амидов, имидазолинов-оксиэтилированные алкиламины RN[ (C2H4O)n H]2, соединение RCONH(C2H4O)nH, соединение формулы III; на основе сульфамидов и меркаптанов- ПАВ типа RSO2NC(C2H4O)nH]2 и RS(C2H4O)nH. Отдельную группу составляют проксанолы (п л ю r о н и к и) - блоксополимеры этилен- и пропиленокси-дов НО (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, где х, у и z варьируют от несколько единиц до несколько десятков, и проксамины (тетро-ники; формула IV) - блоксополимеры этилен- и пропиленокси-дов, получаемые в присутствии этилендиамина. Алкилацетиленгли коли служат основой получения ПАВ типа H(OC2H4)n —OCR»R:CCCR»R»«O (C2H4O)nH; эфиры фосфорной кислоты-типа (RO)2P(O)O(C2H4O)nH; эфиры пентаэритрита-типа V. Неионогенными ПАВ являются продукты конденсации гликозидов с жирными спиртами, карбоновыми кислотами и этиленоксидом. Выделяют также ПАВ группы сорбиталей (твинов, формула VI)-продукты присоединения этиленоксида к моноэфиру сорбитона и жирной кислоты. Отдельную группу составляют кремнийорганическое ПАВ, например (CH3)3Si [OSi (CH3)2]n— (CH2)3O(C2H4O)mH.

Получение неионогенных ПАВ в большинстве случаев основано на реакции присоединения этиленоксида при повыш. температуре под давлением в присутствии катализаторов (0,1-0,5% CH3ONa, KOH или NaOH). При этом получается среднеста-тич. содержание полимергомологов, в которых молекулярно-массовое распределение описывается функцией Пуассона. Индивидуальные вещества получают присоединением к алкоголятам полигалогензамещенных полиэтиленгликолей. Коллоидно-химический свойства ПАВ этого класса изменяются в широких пределах в зависимости от длины гидрофильной полигликолевой цепи и длины цепи гидрофобной части таким образом, что различные представители одного гомологич. ряда может быть хорошими смачивателями и эмульгаторами. Поверхностное натяжение гомологов оксиэтилированных алкилфенолов и первичных спиртов при постоянном содержании этиленоксидных групп уменьшается в соответствии с правилом Траубе, т. е. с каждой дополнительной группой CH2 поверхностное натяжение снижается. В оптим. варианте оно может достигать (28-30)• 10-3 Н/м при критической концентрации мицеллообразования. Мицеллярная масса весьма велика; для твинов, например, она достигает 1800. Неионогенные ПАВ менее чувствительны к солям, обусловливающим жесткость воды, чем анионактивные и катионакислотивные ПАВ. Смачивающая способность неионогенных ПАВ зависит от структуры; оптим. смачивающей способностью обладает ПАВ разветвленного строения:


Оксиэтилированные спирты C10-C18 с n от 4 до 9и плюро-ники образуют самопроизвольные микроэмульсии масло/вода и вода/масло. Неионогенные ПАВ хорошо совмещаются с др. ПАВ и часто включаются в рецептуры моющих средств.

Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионоген-ную полигликолевую группу. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. При некоторых значениях рН, называют изоэлектрической точкой, ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно растворимых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентирован-ные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. В принципе вместо N м. б. атомы S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.

По химический строению и некоторому сходству свойств амфолитные ПАВ делят на 5 основные групп: 1) алкиламинокарбоновые кислоты RNH (CH2)n COOH; алкильный радикал амина обычно нормальный (прямоцепочечный), но если он расположен между аминной группой и карбоксильной, иногда имеет разветвленный характер. К этой же группе относят алкиламино-фенилкарбоновые кислоты RNHC6H4COOH; алкиламинокарбоновые кислоты с первичной, вторичной или третичной аминогруппой RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH; с промежуточные гидроксильной, эфирной, сложноэфирной, амидной или сульфоамидной группой; вещества с двумя и более амино- и амидогруппами, с несколькими амино- и гидроксильными группами.

2) Алкилбетаины представляют собой наиб, важную группу цвиттер-ионных ПАВ. Их можно разделить на 5 основные групп: а) алкилбетаины -С-алкилбетаины RCH [N+ (CH3)3] COO- и N-алкилбетаины RN+(CH3)2 СН2СОО- ; б) сульфит-, суль-фо-, сульфат- и фосфатбетаины RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; в) амидобетаины RCONH(CH2)3 N+(CH3)2COO- ; г) оксиэтилированные бетаины RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO-; д) др. цвиттер-ионные ПАВ.

3) Производные алкилимидазолинов, в молекулах которых анионные и катионные группы имеют примерно одинаковые константы ионизации (формулы VII и VIII), где R-алкил C7-C17, R»-H, Na, CH2COOM (M-металл). По структуре и методам синтеза выделяют бетаиновые ПАВ, включающие карбокси-, сульфо-, сульфат- или сульфоэфировую группу [формула IX; R» = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] и прочие ("небетаиновые") имидазолиновые ПАВ [формула X; R» = CH2COONa, (СН2)2 N (CH2COOH)2, (СН2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. Сбалансированность ионизир. групп обеспечивает этим соединение хорошие коллоид-но-химический и санитарно-гигиенич. свойства.

4) Алкиламиноалкансульфонаты и сульфаты (AAAC1 и AAAC2 соответственно). Анионно-ориентир. вещества легко переходят в цвиттер-ионную форму, что позволяет выделять их в чистом виде. Константа ионизации кислотной группы гораздо больше, чем основной, поэтому их применяют в щелочной среде. Однако в случае несколько основных групп и при наличии рядом с кислотной группой др. гидрофильных групп эти вещества по свойствам и областям применения сходны с амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием. В зависимости от констант ионизации можно выделить соли AAAC1 RN(R»)-R:—SO3M, AAAC2 RN(R»)-R: — OSO3M, производные ароматические аминосульфокислот RR»N—Ar—SO3M, аминосульфонаты с атомом N в гетероциклах (формула XI); аминофосфаты, аминофосфонаты и др. аминосоединение: соединение типа RR»R:P(O)(OH)2, RR»R»«OP(O)(OH)2, где R и R»-длинный и короткий углеводородные радикалы, R:-короткий двухвалентный радикал; соединение RN(CH2CH2SO3Na)2. Их отличие-хорошая способность диспергировать кальциевые мыла и устойчивость к солям жесткости воды.

5) Полимерные амфолитные ПАВ: природные (белки, нуклеиновые кислоты и т.п.); модифицированные природные (олигомерные гидролизаты белков, сульфатир. хитин); продукты ступенчатой конденсации аминов, формальдегида, альбумина, жирных кислот; производные целлюлозы, полученные введением карбоксильных и диэтаноламиноэтильных групп; синтетические, в молекулах которых сочетаются структурные особенности всех приведенных выше групп амфотер-ных ПАВ (см., например, формулы XII-XVI).

Применение ПАВ. Мировое производство ПАВ составляет 2-3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для бытовой химии (моющие и чистящие средства, косметика), остальное-в промышленности и с. х-ве. Одновременно с ежегодным ростом производства ПАВ соотношение между их применением в быту и промышленности изменяется в пользу промышленности.

Применение ПАВ определяется их поверхностной активностью, структурой адсорбционного слоев и объемными свойствами растворов. ПАВ обеих групп (истинно растворимые и коллоидные) используют в качестве диспергаторов при измельчении твердых тел, бурении твердых пород (понизители твердости), для улучшения смазочного действия, понижения трения и износа, интенсивности нефтеотдачи пластов и т. д. Др. важный аспект использования ПАВ - формирование и разрушение пен, эмульсий, микроэмульсий. Широкое применение ПАВ находят для регулирования структурообразования и устойчивости дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой (водной и органической). Широко используются ми-целлярные системы, образуемые ПАВ как в водной, так и в неводной среде, для которых важны не поверхностная актив ность ПАВ и не свойства их адсорбционного слоев, а объемные свойства: резко выраженные аномалии вязкости с повышением концентрации ПАВ вплоть до образования, например в водной среде, кристаллизац. структур твердого мыла или твердо-образных структур (в пластичных смазках на основе нефтяных масел).

ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых ПАВ используется в составе моющих средств, в производстве тканей и изделий на основе синтетич. и природные волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, химический промышленности, промышленость строит. материалов и ряд других. Наиб. важные применения ПАВ:

-бурение с глинистыми растворами и обратимыми эмульсиями вода/масло. Для регулирования агрегативной устойчивости и реологич. характеристик растворов применяют высо-комол. ПАВ-водорастворимые эфиры целлюлозы, поли-акриламид и др., в эмульсии вводят кальциевые соли природные и синтетич. жирных кислот (C16-C18 и выше), алкилароматические сульфонаты, алкиламины, алкиламидоамины, алкилимида-золины;

-повышение нефтеотдачи пластов посредством мицелляр-ного заводнения (оксиэтилированные алкилфенолы и спирты, алкилароматические сульфонаты);

-антиокислительные, противозадирные и др. присадки в производстве минеральных масел (мыла синтетич. жирных кислот, нефтяные сульфонаты, оксиэтилир. спирты) и пластич. смазок (производные фенолов, ариламины, алкил- и арилфосфаты);

-регулирование смачивания при флотации железных и марганцевых руд (мыла природные и синтетич. жирных кислот, высшие алифатич. амины), руд редких металлов (алкиларсо-новые и алкилфосфоновые кислоты, алкилароматические сульфонаты);

-эмульсионная полимеризация, получение полистирола и др. виниловых полимеров (карбоксиметилцеллюлоза, поли виниловый спирт, мыла синтетич. жирных кислот, алкилсульфа-ты, оксиэтилированные спирты и алкилфенолы);

-производство химический волокон (оксиэтилир. амины и амиды, проксанолы и проксамины, высшие спирты и кислоты);

-механические обработка металлов: адсорбционного понижение прочности, повышение скоростей резания, строгания, фрезерования (мыла природные и синтетич. жирных кислот, алкилароматические сульфонаты, оксиэтилир. спирты и т.д.);

-промышленость строит. материалов: регулирование механические и рео-логич. свойств бетонных смесей за счет адсорбционного модифицирования компонентов (эфиры синтетич. жирных кислот, сульфонаты, алкиламины, алкилсульфаты, оксиэтилир. жирные кислоты);

-производство синтетических моющих средств;

-улучшение структуры почв, предотвращение эрозионных процессов (ПАВ-полиэлектролиты - продукты неполного гидролиза полиакрилонитрила, продукты амидирова-ния полиакриловой и полиметакриловой кислот, причем в составе полимерной цепи варьируются амидные, циклические имидные, карбоксильные и др. группы).

Биологическое разложение ПАВ. Водные растворы ПАВ в большей или меньшей концентрации поступают в стоки пром. вод и в конечном счете-в водоемы. Очистке сточных вод от ПАВ уделяется большое внимание, т. к. из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования др. форм жизни в воде.

Среди способов очистки сточных вод в отстойниках - перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках (аэротенках) и в естеств. условиях (в водоемах) путем биологическое окисления под действием гетеротрофных бактерий (преобладающий род-Pseudomonas), которые входят в состав активного ила. По отношению к этому процессу ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие". К жестким ПАВ относятся некоторые алкилбензолсульфонаты (например, тетрапропилбензолсульфонат) и оксиэтилир. изооктилфе-нолы; в настоящее время они практически не производятся. Степень биоокисления так называемой мягких ПАВ зависит от структуры гидрофобной части молекулы ПАВ: при ее разветвлен-ности биоокисление резко ухудшается. Теоретически биоокисление идет до превращаются органическое веществ в воду и углекислый газ, практическое проблема сводится лишь к времени окисления, т. е. к кинетике процесса. Если окончат. окисление происходит медленно, ПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и природные среду.

При биохимический очистке отработанных растворов ПАВ окисление ведется в присутствии ферментов. С увеличением температуры скорость окисления увеличивается, но выше 350C ферменты разрушаются. Анионактивные ПАВ адсорбируются на межфазных поверхностях раздела, вследствие чего снижается ферментативный гидролиз жиров, белков и углеводов, приводящий к угнетению жизнедеятельности бактерий.

Механизм биоокисления ПАВ устанавливается путем изучения промежуточные продуктов распада. Так, в промежуточные продуктах распада алкилбензолсульфонатов обнаружены: алкилбензолсульфонаты с короткой алкильной цепью; суль-фофенилкарбоновые кислоты в среднем с 4 атомами С в цепи; сульфокарбоновые кислоты с 5-6 атомами С; сульфодикарбоно-вые кислоты и сульфокислоты. Это позволяет предположить, что биоразложение начинается с концевой метильной группы. Чем ближе остаток продвигается к бензольному кольцу, тем окисление происходит медленнее. Конечной стадией является распад бензольного кольца на ненасыщенные соединение, которые окисляются достаточно быстро и полно.

Алифатич. ПАВ окисляются быстрее, чем циклические, причем сульфонаты окисляются труднее, чем сульфаты.

По-видимому, это связано с тем, что сульфаты в воде гидролизуются. Прямоцепочечные первичные и вторичные алкилсульфаты за 1 ч полностью разрушаются в сточных водах. Алкилсульфаты с разветвленной цепью окисляются медленнее, а прямоцепочечные алкилбензолсульфонаты полностью распадаются лишь за 3 сут. Биоразложение катионактивных ПАВ мало изучено, некоторые исследователи не рекомендуют сбрасывать их в сточные воды.

Рост производства ПАВ привел к появлению крупных предприятий, являющихся локальными источниками загрязнения воды. Высококонцентрир. сточные воды этих предприятий может быть очищены микробиологическое методом, основанным на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, сульфоэтокси-латы и др. Идентифицированы промежуточные продукты распада, которые являются аналогами природные веществ, нетоксичны и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Один из важных результатов бактериального расщепления - отсутствие среди промежуточные продуктов распада веществ с явно выраженной дифильностью молекул. Метод дал положит. результаты для сточных вод, содержащих 500 мг/л ПАВ. Эффективность очистки составила 95-97% за время не более 12 ч. Среди грамотрицат. бактерий обнаружены микроорганизмы (деструкторы), которые усваивают ПАВ как питат. субстрат.

Литература: Коллоидные поверхностно-активные вещества, пер. с англ. под ред. А. Б. Таубмана, 3. H. Маркиной, M., 1966; Физико-химические основы применения поверхностно-активных веществ, Ташкент, 1977; Поверхностно-активные вещества. Справочник, под ред. А. А. Абрамзона и Г. M. Паевого, Л., 1979; Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии, пер. с англ., M., 1980; А б r а м з о н А. А., Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение, 2 изд., Л., 1981; Успехи коллоидной химии, под ред. И. В. Петрянова-Соколова и К. С. Ахмедова, Ташкент, 1987. С. И. Файнгольд, В. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Тихонов.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
картинки наружной рекламы магазинов и офисов
Стол MIK DEDT - 4280-MPC GR MINDY
клапан обратный коn 250 цена
авто наклейки купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(27.02.2017)