表面活性剂化学与人类论文

表面活性剂化学与人类论文

摘要：综述了生物表面活性剂的种类及其生产菌，介绍了目前常用的两种生产方法：微生物发酵法和酶法合成生物表面活性剂。总结了其在环境工程中的应用，如在废水处理中浮选去除重金属离子，在污染场地的生物修复中用于促进烷烃、多环芳烃(PAHs)的降解，修复受重金属污染的土壤等，并对今后的研究方向做了探讨。

关键词：生物表面活性剂 生物修复 重金属 多环芳烃

生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在代谢过程中分泌的具有表面活性的代谢产物。与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有许多独特的属性，如：结构的多样性、生物可降解性、广泛的生物活性及对环境的温和性等[1]。由于化学合成表面活性剂受原材料、价格和产品性能等因素的影响，且在生产和使用过程中常会严重污染环境及危害人类健康。因此，随着人类环保和健康意识的增强，近二十多年来，对生物表面活性剂的研究日益增多，发展很快，国外已就多种生物表面活性剂及其生产工艺申请了专利[2]，如乙酸钙不动杆菌生产的一种胞外生物乳化剂已经有了成品出售。国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚，但近年来也给予了高度重视，其中研究最多的就是生物表面活性剂在提高石油采收率以及生物修复中的应用。

1 生物表面活性剂的种类及其生产菌

1.1 生物表面活性剂的种类

化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类，而生物表面活性剂则通过它们的生化性质和生产菌的不同来区分。一般可分为五种类型：糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性剂[1]。

1.2 生物表面活性剂的生产菌

大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如Banat等[3]从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株：芽孢杆菌AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌[2,4]。

表1 生物表面活性剂的种类及其生产菌

生物表面活性剂
生产菌

海藻糖脂
石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)

棒状杆菌(Corynebacterium spp.)

红平红球菌(Rhodococus erythropolis)

鼠李糖脂
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)

槐糖脂
解脂假丝酵母(Candida lipolytica) 球拟酵母(Torulopsis bombicola)

葡萄糖、果糖、蔗糖脂
棒状杆菌(Corynebacterium spp.)

红平红球菌(R.. erythropolis)

纤维二糖脂
玉蜀黍黑粉菌(Ustilago maydis)

脂多糖
乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus RAG1)

假单胞菌(Pseudomonas spp.)

脂肽
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)

地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis) 荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)

鸟氨酸，赖氨酸，缩氨酸
氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)

盐屋链霉菌(Streptomyces sioyaensia)

葡萄糖杆菌(Gluconobacter cerinus)

磷脂
氧化硫硫杆菌(T. thiooxidans)

脂肪酸
野兔棒状杆菌(Corynebacterium lepus)

石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)

2 生物表面活性剂的生产

目前，可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。

采用发酵法生产时，生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段，碳基质的性质，培养基中N、P 和金属离子Mg2+、Fe2+的浓度以及培养条件(pH、温度、搅拌速度等)。 如Davis等[5]在成批培养枯草芽孢杆菌时发现，在溶解氧耗尽和限氮条件下可得最大浓度(439.0 mg/L)的莎梵婷。Kitamoto等[6]利用南极假丝酵母的休止细胞生产甘露糖赤藓糖醇脂，对培养条件进行优化后，最高产量可达140 g/L。发酵法生产生物表面活性剂的优点在于生产费用低、种类多样和工艺简便等，便于大规模工业化生产，但产物的分离纯化成本较高。

与微生物发酵法相比，酶法合成的表面活性剂分子多是一些结构相对简单的分子，但同样具有优良的表面活性。其优点在于产物的提取费用低、次级结构改良方便、容易提纯以及固定化酶可重复使用等，且酶法合成的表面活性剂可用于生产高附加值产品，如药品组分。尽管现阶段酶制剂成本较高，但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性，有望降低其生产成本。

3 生物表面活性剂的提取

发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%，这是生物表面活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物表面活性剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法，如Kuyukina等[7]利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的生物表面活性剂，可以获得较高产率10 mg/L。超滤是用于提取生物表面活性剂的一种新方法。Lin等[8]用分子量截止值为30000 Da的超滤膜从发酵液中提取枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物表面活性剂莎梵婷，收率达95%。Mattei等设计了一套连续提取生物表面活性剂的装置，应用切面流过滤法能连续提取产物，产率高达3 g/L[1]。能与连续发酵生产配套的产物提取方法有泡沫分离、离子交换树脂法等。Davis等[9]用泡沫分离法连续提取枯草芽孢杆菌产生的莎梵婷,收率达71.4%。鼠李糖脂的提取过程是先离心过滤除去细胞，再通过吸附色谱将鼠李糖脂浓缩在安珀莱特XAD-2树脂上，后用离子交换色谱法提纯，最后将液体蒸发和冷冻干燥可得纯度为90%的成品，收率达60%[2]。

4 生物表面活性剂在环境工程中的应用

许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境，相比之下，生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治理。如：在废水处理工艺中可作为浮选捕收剂与带电胶粒相吸以除去有毒金属离子，修复受有机物和重金属污染的场地等。

4.1 在废水处理工艺中的应用

用生物法处理废水时，重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用，因此，在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前，常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子，但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制，应用效果不甚理想；浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠)，易产生二次污染而受限制，因此，有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品，而生物表面活性剂恰好具有这一优势。但是，国内外对这一方面的应用研究很少，直到最近才有报道。Zouboulis 等[10]研究了生物表面活性剂作为捕收剂除去广泛存在于工业废水中的两种有毒金属离子：Cr4＋和Zn2＋。结果表明,莎梵婷和地衣芽孢杆菌素在pH为4 时均能很好地从废水中分离吸附了Cr4＋的αFeO(OH)或Cr4＋与 FeCl3•6H2O形成的螯合物，极大地提高了Cr4＋(50 mg/L)的去除率，几乎可达100%；在pH为6时，莎梵婷对螯合物中的Zn2＋(50 mg/L)去除率高达96%，而在相同条件下，地衣芽孢杆菌素的处理效果不明显，去除率为50%左右。

化学与生活的论文！！！急求！！！！3000字

人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理，已开始从治标，即从末端治理污染转向治本，即开发清洁工业技术，消减污染源头，生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。
绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。
化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质，但是在许多场合中却既未有效地利用资源，又产生大量排放物，造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学，它的主要特点是“原子经济性”，即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，因此既可以充分利用资源，又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝，可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起，它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。
1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料
1.1 原料选择
工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。
以塑料为例，据统计，到1989年美国在包装上使用的塑料就超过55.43亿kg（20世纪90年代数量进一步上升），打开包装后即被抛弃，这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题：掩埋它们将永久留在土地里中；焚烧它们会放出剧毒。
我国也大量使用塑料包装，而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料，目前国际上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目，已取得一些进展。
1.2 溶剂的选择
大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质，分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。
1.2.1 固相反应
固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。
1.2.2 以水为溶剂的反应
由于大多数有机化合物在水中的溶解性差，而且许多试剂在水中会分解，因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性，因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的，有时可提高反应速率和选择性，更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。 水相有机合成在有机金属类反应，水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中，开发利用以水作溶剂是大有可为的。
1.2.3 超临界流体作为有机溶剂
超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点（31.10℃，7 477.79KPa）以上的CO2流体。它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度，溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
1.3 催化剂的选择
许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。
2 化学反应的绿色化
为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子经济性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多，在些不作赘述。
3 生物技术的应用
生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一，它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发，它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。
绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响，而且将为我国的企业与国际接轨创造条件！

化学与环境.......论文

化学与环境有密切的关系。在某些情况下，环境污染主要是由化学污染物造成的，但我们更应该看到，很多环境问题的解决，要依靠化学方法。

生活中的化学污染只要有以下几类：
1、工厂排放的浓烟
2、汽车、飞机、火车、轮船等交通工具排放的大量有害气体和粉尘
3、燃烧含硫的燃料
4、焚烧生活垃圾、树叶、废旧塑料
5 、焚烧工业废弃物
6、吸烟
7、炒菜做饭时厨房的烟气
8、垃圾的腐烂释放出有害气体
9、工厂有毒气体的泄漏
10、居室装修材料缓慢释放出的有毒气体
11、路面扬尘
12、农业上喷洒有毒农药
13、使用喷发胶等使用化学稀释剂的的产品
14、复印机、电视等电器产生的有害气体
15、硫的氧化物与氮的氧化物是形成酸雨的主要原因，所以要调整能源结构、减少直接使用煤、石油、天然气等石化燃料。工业生产中产生的废气经净化处理后才能向大气排放。
16、臭氧层受到氟氯烃，氮的氧化物等气体的破坏。二氧化碳、臭氧、甲烷、氟氯烃等气体能产生“温室效应”，使全球变暖，对人类正常的生活带来很大的影响。要防止臭氧层继续遭到破坏，防止“温室效应”进一步增强，可以采取以下措施：一、节约能源，减少使用煤、石油、天然气等矿物燃料，更多地利用太阳能、风能、地热等洁净能源。限制并逐步停止氟氯烃的生产和使用，大力植树造林，严禁乱砍滥伐森林、保护湿地等。
17、厨房空气里既有燃料燃烧时释放出的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等气体，又有煎炒食物时产生的气体和悬浮物（油烟）。所以要保持室内空气的流通，在厨房安装抽油烟机。新盖及新装修的居室也会有大量的有害气体，
18、吸烟危害健康，同时也污染环境。
19、大气污染的来源、危害、治理。
主要污染物：二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化物、飘尘、煤尘、放射性物质等。
来源：煤、石油的燃烧，矿石冶炼，汽车尾气，工业废气等。
20、水污染的来源、危害、治理。
主要污染物：无机物，碱、盐等，重金属耗氧物质，植物营养物质，石油，难降解有机物等。
另外还有氰化物、酚类、病原体、放射性物质、悬浮固体物等等。
来源：石油炼制、工业废水、生活污水、使用过农药、化肥的农田排水、降雨淋洗大气污染物和地面淋洗固体垃圾等。
21、居室污染的来源、危害及防治措施
主要污染物：CO、CO2、SO2、NOx、NH3、醛类(如甲醛)、酚类、烟雾、烟尘、放射性稀有气体氡、电磁波、螨虫、细菌、病毒等。
来源：煤、石油、液化气、天然气等的燃烧，煎、炒、烘、烤等高温烹调加工中产生的烟雾，烟草的燃烧，电器发出的电磁波，地毯中的螨虫，建筑装璜材料产生的甲醛、放射性稀有气体氡，化妆品，日用化学品，家宠等
22、电池中含有大量的重金属离子，会对水体、土壤造成污染

比方说：“赤潮”与水体富营养化
“赤潮”是一种危害巨大的自然灾害，它会造成水质恶化和鱼类的大量死亡。20世纪以来，赤潮在世界各地频频发生，日本的濑户内海是赤潮的高发区，仅1976年就发生了326次之多。我国近来也时有发生，其中以1989年黄骅海域赤潮事件最大，损失最重(达3亿元人民币)。1998年春天，又一股来势汹涌的赤潮横扫了香港海和广东珠江口一带海域。赤潮过处，海水泛红，腥臭难闻，水中鱼类等动物大量死亡。当地的各类养殖场损失惨重。据《经济日报》1998年5月3日报道，此次赤潮事件，香港渔民损失近1亿港元；大陆珍贵养殖鱼类死亡逾300吨，损失超过4000万元。一时间，各新闻媒体炒作纷纷，人们不禁要问，何为“赤潮”?它是如何发生的?
赤潮的发生机理至今尚无定论。一般认为，适度的水温、 盐分、营养盐、促生质(促进藻类生长的物质)等各种因素都是赤潮生物的增殖因子。而水体富营养化亦即含氮磷营养盐的富集是赤潮发生的一个不可缺少的先决条件。
水体富营养化并非新生事件，自然界一直都存在这一现象。所谓沧海变桑田，部分原因就在于水体富营养化。它使湖泊等先变为沼泽，最后变为草原和森林，但这是一个成千上万年的过程。如今人类的活动使之变得异常剧烈。大量含氮、磷肥料的生产和使用、食品加工、畜产品加工等工业废水和大量城市生活污水特别是含磷洗涤剂产生的污水未经处理或处理不达标准即行排放，成为当今水体富营养化过程的重要物质来源。水体中过量的磷、氮营养盐，成为水中微生物和藻类的营养，使得蓝、绿藻和红藻迅速生长，急剧繁殖。它们的繁殖、生长、腐败，引起水中氧气大量减少，导致鱼虾等水生生物大量窒息死亡。某些藻类甚至还会释放出一些有毒物质使鱼类中毒死亡。此外，由于死亡藻类分解时会放出一些CH4、H2S等气体，使海水变得腥臭难闻，水质恶化。这种由于水体中植物营养物质过多蓄积而引起的污染，叫做水体的“富营养化”。这种现象在海湾出现叫做“赤潮”，如果是发生在淡水中，又叫做“水华”。因此，水体富营养化是赤潮(或水华)的先兆，赤潮是水体富营养化的结果。
这时需要着重说明的是合成洗涤剂，它由表面活性剂、增净剂等组成。表面活性剂在环境中存留时间较长，消耗水体中的溶解氧，对水生生物有毒性，能造成鱼类畸形。增净剂如磷酸盐，可使水体富营养化。那么，如何治理水体富营养化呢?
最有效最简单的办法莫过于把含大量氮磷元素的废水堵截在进入天然水体之前。例如，禁止含磷洗涤剂的生产和使用，对城市工业和生活污水进行净化处理，往污水中加入Ca(OH)2和Al2(SO4)3等沉淀剂除去磷等等。
愿人们的行为能防止水体富营养化，消除赤潮的威胁。

表面活性剂（surfactant）

表面活性剂（surfactant），是指是能使目标溶液 表面张力 显著下降的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两性：一端为 亲水基团 ，另一端为 疏水基团 ；亲水基团常为 极性基团 ，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为 离子型表面活性剂 （包括 阳离子表面活性剂 与 阴离子表面活性剂 ）、 非离子型表面活性剂 、 两性表面活性剂 、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

表面活性剂（surfactant），是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为 亲水基团 ，另一端为 疏水基团 ；亲水基团常为极性基团，如 羧酸 、 磺酸 、 硫酸 、 氨基 或胺基及其盐， 羟基 、 酰胺 基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为 离子型表面活性剂 （包括 阳离子表面活性剂 与 阴离子表面活性剂 ）、 非离子型表面活性剂 、 两性表面活性剂 、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

①公元前2500年——1850年羊油和草木灰制造肥皂

羊油——三羧酸酯简称三甘酯，经碱水解→ 羧酸盐 + 单甘酯 +二甘酯+ 甘油

19世纪中叶

一方面肥皂开始实现工业化大生产，另一方面，也出现了化学合成的表面活性剂。

② 土耳其红油 的出现：

土耳其红油即蓖麻油与硫酸反应的产物，蓖麻油为蓖麻油酸的三甘酯，深度磺化，耐酸耐硬水

③19世纪初，矿物原料制备洗涤剂

石油工业的发展→石油硫酸（绿油）。蜡和茶的磺化混合物，溶于酸中，呈绿黑色，用碱中和制得。石油磺酸皂具有良好的水溶性，称绿钠（第一个矿物原料制得的洗涤剂）。第一次世界大战期间，油脂出现，煤炭产量→煤化工业发→短链烷基、奈磺酸盐类表面活性剂，如丙基奈磺酸盐、丁基奈磺酸盐

1920-1930脂肪醇硫酸化→烷基硫酸盐。20世纪30年代，长链烷基、苯基出现于美国。第一次世界大战后，德国开发乙二醇衍生物，如聚乙二醇 衍生物产品，聚乙二醇与各种有机化合物（包括醇、酸、酯、胺、酰胺）等结合，形成多种优良性能的非离子表面活性剂。

表面活性剂和 合成洗涤剂 形成一门工业得追溯到20世纪30年代，以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗涤剂打破了肥皂一统天下的局面。经过60余年的发展，1995年世界洗涤剂总产量达到4300万吨，其中肥皂900万吨。据专家预测，全世界人口从2000年到2050年将翻一番，洗涤剂总量将从5000万吨增加到12000万吨，净增1.4培，这是一个令人鼓舞的数字。

中国的表面活性剂和合成 洗涤剂工业 起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。1995年 洗涤用品 总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。据中国权威部门预测，2000年洗涤用品总量将达到360万吨，其中合成洗涤剂将达到65.5万吨。其中产量超万吨的表面活性剂品种计有：直链烷基 苯磺酸钠 （LAS）、 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 （AES）、 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵 （AESA）、 月桂醇硫酸钠 （SDS）、 月桂酰谷氨酸 、 壬基酚聚氧乙烯醚 （TX-10）、 平平加O 、硬脂酸甘油单酯、 木质素磺酸盐 、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（ 石油磺酸盐 ）、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、 脂肪醇聚氧乙烯醚 （AEO-3）等。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

凡是溶于水能够显著降低水的表面能的物质称为表面活性剂（surface active agent，SAA）或表面活性物质。

传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。

表面活性剂有天然的，如 磷脂 、胆碱、蛋白质等，但更多的是人工合成的，如十八烷基硫酸钠C 18 H 37 SO 4 Na、硬脂酸钠C 17 H 35 COONa等 [1] 。表面活性剂范围十分广泛（ 阳离子 、 阴离子 、非离子及两性），为具体应用提供多种功能，包括发泡效果，表面改性，清洁，乳液， 流变学 ，环境和健康保护。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

表面活性剂分子具有独特的两亲性：一端为亲水的极性基团，简称亲水基，也称为疏油基或憎油基，有时形象地称为亲水头，如-OH、-COOH、-SO 3 H、-NH 2 ；另一端为亲油的 非极性基团 ，简称亲油基，也称为疏水基或憎水基，如R-（ 烷基 ）、 Ar -（ 芳基 ）。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以 化学键 相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。 [2]

为了方便，常用符号长方形加一个圆圈表示表面活性剂分子，如右图所示。其中长方形代表亲油基，而圆圈代表亲水基。

表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。 亲水亲油平衡值 （Hydrophile-Lipophile Balance），简称 HLB值 ，表示表面活性剂的亲水疏水性能，如 石蜡 HLB值=0（无亲水基） 聚乙二醇 HLB值=20（完全亲水）。对 阴离子表面活性剂 ，可通过乳化标准油来确定HLB值。HLB值可作为选用表面活性剂的参考依据。

|

HLB值

|

15~18

|

13~15

|

8~16

|

7~9

|

3.5~6

|

1.5~3

| |

用途

|

增溶剂

|

洗涤剂

|

油/水型乳化剂

|

润湿剂

|

水/油乳化剂

|

消泡剂

|

末端：净洗作用强，润湿性差；中间：相反。

当HLB值、亲水基、疏水基相同，分子量小，润湿作用好，去污力差；分子量大，润湿作用差，去污力好。

对非离子表面活性剂来说，亲水性取决于醚键的多少，醚与水分子的结合是放热反应。

当温度上升，水分子逐渐脱离醚键，而出现混浊现象，刚刚出现混浊时的温度称浊点。此时表面活性剂失去作用。浊点越高，使用的温度范围广。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为 聚集体 。

囊泡 和 胶束 都是此类聚集体。表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做 临界胶束浓度 或 CMC 。当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子/极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是 反胶束 。在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。表面活性剂通常分为四大类：阴离子，阳离子，非离子和两性离子（双电子）。表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。表面活性剂溶液可能含有 有序相 （胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和/或离子）。 胶束 ——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触；分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。形成胶束的化合物一般为两亲分子，因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外，还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。

比如，常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力，但是效果仅仅持续数日（许多标准洗衣粉含有一定量的化学品，比如钠和溴，由于它们会破坏植物，不适于土壤）。商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间，最终还是会被微生物降解。然而，有一些会对水生物的生物循环产生影响，因此必须小心防止这些产品流入地表径流，过量产品不应该洗消。

吸附性

溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性；

固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，极性固体表面可发生多层吸附。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

通过分子中不同部分分别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。从而降低表面张力。由于两相都将其看作本相的一个组分，就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了 表面张力 和 表面自由能 。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换 亲水基 或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需 亲水亲油平衡 的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。

表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、 季铵盐 、PEO衍生物、 内酯 等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。

人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为 离子型表面活性剂 和 非离子型表面活性剂 。

按极性基团的解离性质分类

1. 阴离子表面活性剂 ： 硬脂酸 ， 十二烷基苯磺酸钠

2. 阳离子表面活性剂 ：季铵化物。

3. 两性离子表面活性剂 ： 卵磷脂 ，氨基酸型，甜菜碱型。

4. 非离子表面活性剂 ：烷基葡糖苷（APG）， 脂肪酸甘油酯 ，脂肪酸山梨坦（ 司盘 ）， 聚山梨酯 （吐温）。

1.肥皂类

系高级脂肪酸的盐，通式： (RCOO) n M。脂肪酸烃R一般为11~17个碳的长链，常见有 硬脂酸 、 油酸 、 月桂酸 。根据M代表的物质不同，又可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂。它们均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐破坏，电解质亦可使之盐析。

碱金属皂：O/W

碱土金属皂：W/O

有机胺皂：三乙醇胺皂

**2.硫酸化物 **RO-SO 3 -M

主要是 硫酸化油 和 高级脂肪醇 硫酸酯类。脂肪烃链R在12~18个碳之间。硫酸化油的代表是 硫酸化蓖麻油 ，俗称 土耳其红油 。高级脂肪醇硫酸酯类有 十二烷基硫酸钠 （SDS、 月桂醇硫酸钠 ），乳化性很强，且较稳定，较耐酸和钙、镁盐。在 药剂学 上可与一些高分子阳离子药物产生沉淀，对粘膜有一定刺激性，用作外用软膏的乳化剂，也用于片剂等固体制剂的润湿或增溶。

**3.磺酸化物 **R-SO 3 -M

属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它们的水溶性和耐酸耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。

常用品种有：二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT）， 十二烷基苯磺酸钠 ，甘胆酸钠。

该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。

常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭）和苯扎溴铵（新洁尔灭）等。

这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。

1.卵磷脂 ：是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料

2.氨基酸型和甜菜碱型 ：

氨基酸型：R-NH+CH 2 CH 2 COO-

甜菜碱型：R-N+2-(CH 3 ) 2 COO-

在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。

非离子表面活性剂

1.烷基葡糖苷

一种新型的非离子表面活性剂，常见的有 椰油基葡糖苷 、 月桂基葡糖苷 、 鲸蜡硬脂基葡糖苷 等。

2.脂肪酸甘油酯 ： 单硬脂酸甘油酯 ；

HLB为3~4，主要用作W/O型乳剂辅助 乳化剂 。

3. 多元醇

蔗糖酯 ：HLB（5~13）O/W乳化剂、 分散剂

脂肪酸山梨坦（Span） ：W/O乳化剂

聚山梨酯（Tween） ：O/W乳化剂

3.聚氧乙烯型 ：Myrij（卖泽类，长链脂肪酸酯）；Brij （脂肪醇酯）

4.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物 ：Poloxamer

能耐受热压灭菌和低温冰冻，静脉乳剂的乳化剂

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。

1.增溶

要求：C>CMC （ HLB13~18）

临界胶束浓度（CMC）： 表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。

增溶体系为热力学平衡体系；

CMC 越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；

温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度

Krafft点 ： 离子型表面活性剂 的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小

昙点 ：对于 聚氧乙烯 型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为 起昙 ，此温度称为昙点。这是因为聚氧乙烯与水之间的 氢键 断裂，当温度上升到一定温度时，聚氧乙烯可发生强烈脱水和收缩，使增溶空间减小， 增溶 能力下降。 [3] 在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则 浊点 越高。

2.乳化作用

亲水亲油平衡值 （HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的 HLB值 范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。

混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb)/ (Wa+Wb)

理论计算：HLB=∑(亲水基团HLB值)+∑(亲油基团HLB)-7

HLB：3-8 W /O型乳化剂：Span；二价皂

HLB：8-16 O/W型乳化剂：Tween；一价皂

3.润湿作用

要求：HLB：7-9。

使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。

在化妆品行业中，做为 乳化剂 是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。

4.助悬作用

在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液；

5.起泡和消泡作用

表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度；药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。

6.消毒、杀菌

在医药行业中可作为 杀菌剂 和 消毒剂 使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒；

7.抗硬水性

甜菜碱表面活性剂对钙、镁离子均表现出非常好的稳定性，即自身对钙、镁硬离子的耐受能力以及对钙皂的分散力。在使用过程中防止钙皂的沉淀，提高使用效果。

8.增粘性及增泡性

表面活性剂有对改变溶液体系的作用，增大粘度变稠或增大体系的泡沫，在一些特除的清洗、开采行业有广泛的应用。

9.去垢、洗涤作用

去除油脂污垢是一个比较复杂的过程，它与上面提到的润湿、起泡等作用均有关。

最后要说明的是，表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸 脱墨剂 、施胶剂、树脂障碍控制剂、 消泡剂 、 柔软剂 、 抗静电剂 、 阻垢剂 、 软化剂 、 除油剂 、 杀菌灭藻剂 、 缓蚀剂 等。

表面活性剂在许多行业配方中被用作性能添加剂，如个人和家庭护理，以及无数的工业应用中：金属处理、工业清洗、石油开采、农药等。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

表面活性剂是从20 世纪50 年代开始随着石油化工业的飞速发展而兴起的一种新型化学品，是精细化工的重要产品，享有“ 工业味精 ”的美称。它几乎渗透到一切技术经济部门。当今，表面活性剂产量大，品种逾万种。随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，表面活性剂的发展更加迅猛，其应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门。但在表面活性剂给人们生活、给工农业生产带来极大方便的同时，也给环境带来了污染，因此，研究表面活性剂发展及其趋势，对表面活性剂工业，乃至我国整体工业经济有着非常重要作用和意义。

[编辑](_javascript:;)[ 语音](_javascript:;)

1.烷基磷羧酸盐（AEC）工业化制造

表面活性剂应人类要求正向着温和、易生物降解和多功能性，强调使用安全、生态保护和提高效率的方向发展。例如：烷基醇醚羧酸盐（AEC）是8O年代以来，发达国家积极研究开发的优质表面活性剂热点品种，它与 烷基多苷 和醇醚磷酸单酯同被称为“表面活性剂90年代的绿色品种”。

生物降解性能优异。烷基醚羧酸盐国内的应用市场还远远落后于发达国家，随着环保意识的不断加强和人民物质文化水平的不断提高，这类集温和、易生物降解和多功能性于一身的表面活性剂，在金属加工领域内，将发挥更大作用。

2.新一代表面活性剂Gemini

现已经合成的低聚表面活性剂有二聚体、三聚体和四聚体等，其中最引人注目的是二聚体，二聚表面活性剂最早被合成于1971年，后因其结构上的特点而被形象地命名为Gemini（英文是双子星之意）表面活性剂。

表面活性剂Gemini（或称dimeric）提高了表面活性。与当前为提高表面活性而进行的大量尝试，如添加盐类、提高温度或将阴离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混合相比较，Gemini表面活性剂是概念上的突破，因而被誉为新一代的表面括性剂。

离子相当紧密的连接，致使其碳氢链间更容易产生强相互作用，即加强了碳氢链间的疏水结合力，而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱，这就是Gemlrd表面活性剂和单链单头基表面括性剂相比较，具有高表面括性的根本原因。另一方面。在两个离子头基问的化学键联接不破坏其亲水性，从而为高表面活性的C~mini表面活性剂的广泛应用提供了基础。通过化学键联接方法提高表面活性和以往通常应用的物理方法不同，在概念上是一个突破。Genfini表面活性剂的优良性质：

离子型Gemini表面活性剂的特征性质：

（1）更易吸附在气/液表面，从而更有效地降低水溶液表面张力。

（2）更易聚集生成胶团。

（3）Gemini降低水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向，降低水溶液表面张力的效率是相当突出的。

（4）具有很低的Krat~相转移点。

（5）对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言，Gemini和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应。

（6）具有良好的钙皂分散性质。

（7