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生物表面活性剂及在生物修复中的应用

生物表面活性剂及在生物修复中的应用
生物表面活性剂及在生物修复中的应用

生物表面活性剂及在生物修复中的应用

摘要

生物表面活性剂是由微生物产生的一类具有表面活性的生物化合物,除具有化学合成表面活性剂的理化特性外,还具有无毒、高效等优点,其应用前景非常广阔,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。本文概述了近年来在有机污染生物修复中生物表面活性剂的研究进展,并展望了该技术的发展方向。这将为在我国开展该方法的研究和应用打下基础。

关键词:有机污染;生物表面活性剂;修复

Biosurfactant and its Applications in Organic Pollutants Remediation

Abstract

Biosurfactant is a kind of microbial compounds produced by microorganism that exhibited pronounced surface activity. Biosurfactants have physical and chemical character of surfactants,in addition it is nonpoisonous and highly effect. The results showed that the prospect of its application is good and biosurfactants would be used as a substitute for surfactants. This paper reviews the researches on biosurfactants applied in the organic pollution bioremediation in recent years. A probe to the future development of this technologies is made as well. The order is to initiate a pilot study of the approach in China.

Key Words:Organic pollution; Biosurfactants; Remediation

土壤中有机污染物,由于它的持久性和对人体健康的潜在威胁,越来越受到人们的关注。残留在土壤中的有机污染物,不仅影响土壤的正常功能,降低土壤环境质量,而且还可以通过生物富集进入食物链,危及人体健康。在污染土壤修复中,微生物修复技术与物理、化学修复相比具有非破坏性、经济性和安全性的优点。使其成为最有前途的污染环境修复技术之一。

由于有机污染物的疏水性、以及污染物可能会被强烈吸附在土壤颗粒表面或进入土壤孔隙,使水溶液中污染物浓度降低,造成微生物和污染物的隔离。由于微生物不能利用极低浓度的污染物,导致污染物的微生物降解停止或减缓。因此,生物修复中降解有机污染物的决定性的影响因素是污染物的低水溶性,这使其生物可利用性受到限制。但可以通过施加表面活性剂来增加有机污染物的溶解性,改善难降解有机物的生物可利用性,促进有机污染物降解。化学表面活性剂,其增溶能力有限,修复效率较低、成本较高,且易造成表面活性剂的污染。与化学表面活性剂相比,生物表面活性剂具有更低的毒性,更好的环境相容性,更低的成本等特点,近来受到了更多的重视,相关的研究也越来越多[1,2]。

本文对近年来国内国外在生物表面活性剂增溶修复方面的研究进展进行了综述,以期推动国内在这些国际热点领域的研究。

概述

生物表面活性剂(Biosurfactants)是表面活性剂家族中的后起之秀,它是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质,多数由细菌、酵母菌、真菌(霉菌)等产生[2,3]。微生物产生的生物表面活性剂依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖脂、脂肪、多糖蛋白质络合物、磷脂和脂肪酸或中性脂等五大类,许多微生物都能分泌出生物表面活性剂(见表1)。生物表面活性剂多为阴离子型,其CMC通常在1~200mg/L之间,其分子质量范围为

500~1500Da。

和传统的化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂有许多明显的优势:(1)更强的表面和界面活性;(2)对热的稳定性;(3)对离子强度的稳定性;(4)生物可降解性;(5)低毒性等。如在萘表面活性剂增溶降解试验中,菌株Rhodococcus species 413A分泌的糖脂类生物表面活性剂对降解菌的毒性只有TW-80的一半[4]。由于这些显著特点,使生物表面活性剂广泛应用,并有可能逐步替代化学合成的表面活性剂。

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]。

离提取和产品纯化成本,因此,生物表面活性剂在现场生物修复有机污染场地的应用潜力很大。国外对生物修复的研究大约起始于20世纪80年代初期,至今已有大量成功的工程实例。如Harvey等[11]将铜绿假单胞菌生产的海藻糖脂,加入Exxon Valdez号油轮在阿拉斯加威廉王子海湾造成的原油泄漏污染的海水中,大大提高了原油的降解速度。这也是目前为止规模最大的实际应用中最成功的现场生物修复。而在国内还未见有将生物表面活性剂成功用于环境污染物治理方面的报道。

4.2.1 促进烷烃类物质的降解

烷烃是石油的主要组成成分。在石油勘探、开采、运输、加工及储存过程中,不可避免地会有石油排入环境中而对土壤、地下水造成污染。为了提高烷烃的降解速率,加入生物表面活性剂能够增强疏水性化合物的亲水性和生物可降解性,增加微生物的数量,继而提高烷烃的降解速率。Noordman等[12]研究了不同类型表面活性剂对十六烷的降解作用, 结果表明生物表面活性剂鼠李糖脂对十六烷的降解作用明显优于其他十四种化学合成表面活性剂。Rahman等[13]发现分别添加0.1%和1%鼠李糖脂的堆制系统中,汽油污染土壤中碳氢化合物的降解率分别提高了11.9%~45.2%和20.2%~48.3%。最近Rahman等[14]在研究储油罐底部泥状沉积物与土壤混合堆制过程中正构烷烃的降解情况时,也发现添加鼠李糖脂能显著增加烷烃的降解率。

4.2.2 促进多环芳烃的降解

多环芳烃因其“三致”(致癌、致畸、致突变)作用而日益受到人们的重视,许多国家都已将其列为优先污染物。已有研究表明,微生物降解是从环境中去除多环芳烃的最主要途径,且多环芳烃的降解性能随苯环数量的增加而降低,三环以下的多环芳烃易降解,四环以上的较难降解。迄今为止,关于多环芳烃降解菌能促进多环芳烃的生物可利用性存在三种假说:

(1) 通过分泌生物表面活性剂促进多环芳烃的降解[15]。(2) 通过产生胞外聚合物促进多环芳烃的降解[16]。(3) 通过形成生物膜促进多环芳烃的降解[17,18]。Johnsen等[19]的实验结果表明少动鞘脂单胞菌是通过分泌表面活性剂——葡聚糖脂的方式而促进多环芳烃化合物降解的。

4.2.3 用于除去有毒重金属

由于有毒重金属在土壤环境中的污染过程具有隐蔽性、稳定性及不可逆性等特点,因此,土壤中有毒重金属污染的修复一直是学术界的热点研究课题。目前可以用玻璃化、固定化/稳定化、热处理等技术除去土壤中的重金属。玻璃化处理技术可行,但是工程量大,费用高;固定化过程具有可逆性,因此处理后还需要不间断地监测处理效果;而热处理技术则只适用于除去易挥发的重金属如Hg等。因此,低成本的生物学处理方法发展很快。近年来,人们开始利用对生态环境无毒的生物表面活性剂修复受重金属污染土壤。Torrens等[20]的实验结果表明,添加鼠李糖脂使Cd的去除率提高了8%~54%。Mulligan等[21]用0.25%的莎梵婷连续5 d冲洗受重金属污染的土壤后,Cu的去除率达70%。Mulligan等[22]分别使用三种不同的生物表面活性剂冲洗受重金属Cu、Zn污染的沉积物。三种生物表面活性剂对重金属的去除效果都不同:0.5%的鼠李糖脂对Cu的去除效果较好,去除率为65%;4%的槐糖脂则对Zn的去除效果较好,为60%;而莎梵婷对两者均无多大效果,去除率仅为15%和6%。并研究了重金属在沉积物中赋存形态量的变化,其中,鼠李糖脂和莎梵婷主要除去了有机结合态的Cu,槐糖脂主要除去了氧化物结合态和碳酸盐结合态的Zn。这一研究结果也证实了用生物表面活性剂冲洗沉积物除去其中重金属的方法是可行的

鼠李糖脂(rhamnolipids)是研究最为深入的一种表面活性剂,它是铜绿假单胞菌(Pseudomonas sp.)在限制生长条件下所产生的胞外代谢物,铜绿假单胞菌利用正烷烃、琥珀酸酯、丙酮酸盐、柠檬酸盐、果糖、甘油、橄榄油和葡萄糖等作碳源物质时,都能生产鼠李糖脂。但鼠李糖脂的结构和产量取决于发酵方式、温度、pH和营养物质等。鼠李糖脂[5]

是一种具有较高分散、乳化、发泡和渗透能力的生物表面活性剂,其表面张力为29mN/m。在这类糖脂中1个或2个鼠李糖分子与β-羟基癸酸的1个或2个分子相连。目前,已鉴定出7种类型的鼠李糖脂异构体,图1列出了其2种主要结构式。

槐糖脂[6](sophorolipids)是另一种研究较多的生物表面活性剂,假丝酵母(Candida bombicola)在利用大豆油和葡萄糖等作碳源物质时,都能生产大量槐糖脂。槐糖脂表面张力为33 mN/m,其具有明显的表面活性、能显著降低表面张力和油水间的界面张力,10mg/L的纯槐糖脂能使十六烷与水的界面张力由40mN/m降到5mN/m。其化学结构式如图2。

表1 生物表面活性剂及其产生菌株

生物表面活性剂产生菌株

海藻糖脂Arthrobacter

Corynebacterium

Rhodococus erythropolis 鼠李糖脂Pseudomonas

Serratia rubidea 槐糖脂Candida bombicola

Candida lipolytica

Candida bogoriensis 甘油脂Acinetobacter

Alcanivorax borkumensis, 脂肪酸Clostridia

Penicillium spiculisporum

Corynebacterium lepus

Arthrobacter paraffineus

Talaramyces trachyspermus

Nocardia erythropolis 多糖蛋白质络合物Acinetobacter

Candida lipolytica 磷脂酰乙酸胺Rhodococcus

枯草菌酯肽Bacillus subtilis

微粒生物表面活性剂(PM) Pseudomonas marginalis 生物活素(Biosur)Pseudomonas maltophilla

图1鼠李糖脂2种主要结构式

枯草菌表面活性剂[7](Surfactin),又称枯草菌酯肽,是一种由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)产生的循环酯肽。它由与β-羟基-ω-甲基肉豆蔻醚酸以环状缩肽键连接的九肽组成,是另一类知名的有抗微生物成分的生物表面活性剂。根据氨基酸序列的不同,将Surfactin分为三种类型:Surfactins A、B、C。在氨基酸位置上,Surfactin-A有L-亮氨酸,Surfactin-B有L-缬氨酸,Surfactin-C有L异亮氨酸,与氨基酸位置有关的内酯环由C14-C15β-羟基脂肪酸形成。其结构式见图3。枯草菌表面活性剂是一种高效的生物表面活性剂,仅含0. 005%枯草菌表面活性剂的0. lmol/L碳酸氢钠溶液的表面张力下降到27. 9mN/m。

图2槐糖脂化学结构式图3枯草菌酯肽化学结构式

2生物表面活性剂的应用

生物表面活性剂增强了有机污染物的乳化程度,促进了其在水相中的分布,即形成了所谓的假溶现象,从而有利于微生物降解污染物,同时,生物表面活性剂还改变了微生物细胞的表面性质,使得微生物易于与疏水性有机物接近或微生物对固体介质表面的接触吸附能力增强,从而最终达到增强微生物摄取利用有机污染物的能力。

2.1鼠李糖脂(rhamnolipids)

鼠李糖脂对多种有机污染物如烷烃、PAHs、PCBs及农药等都要较强的增溶作用,不仅可提高有机污染物的去除率,还可加速有机污染物的矿化程度,缩短可被微生物利用的适应时间。

鼠李糖脂能使20%的十八烷烃在84h内被P. areuginosa降解,而在没有鼠李糖脂存在的情况下,仅有5%的十八烷烃能被利用。Van Dyke等[8]研究表明,铜绿假单胞菌合成的鼠李糖脂加入沙土或沙壤土中,烷烃的去除率分别提高25%~70%和40~80%。Rahman等[9]向受石油污染的污泥投加降解菌株和鼠李糖脂培养56d后发现,C8~C11的烷烃降解率达到100%,而C12~C21的烷烃、C22–C31的烷烃和C32~C40的烷烃降解率也分别达到83~98%、80~85%和57~73%。

Vipulanandan和Ren[10]研究发现加入10 g/L的鼠李糖脂后,萘增溶了30倍,远高于非离子

表面活性剂Triton X-100,且阴离子表面活性剂SDS不能促进萘的降解。Burd和Ward[11]向受汽油污染的土壤中投加能分泌鼠李糖脂的菌株Pseudomonas marginalis后,菲及其它PAHs都得到了较好的增溶,菲的生物降解率大大提高。Rahman[9]投加另一种分泌鼠李糖脂的菌株Pseudomonas sp. DS10-129也得到了相似的结论。

Robinson[12]等研究了鼠李糖脂对4-氯联苯降解的影响,结果表明投加4 g/L的鼠李糖脂后,矿化的4-氯联苯是对照的213倍多。Mata-Sandova[13]等比较了鼠李糖脂和非离子表面活性剂Triton X-100对几种农药降解的影响,氟乐灵在加入这两种表面活性剂后降解都得到了增强,而阿特拉津却得到了抑制。当加入的鼠李糖脂浓度超过3mM后,蝇毒磷降解率逐步提高,但Triton X-100浓度超过其CMC后,蝇毒磷降解率迅速下降。

2.2槐糖脂(sophorolipids)

槐糖脂最早应用于石油工业,由于其具有产率高,增溶效果强等特点,槐糖脂在环境修复中的应用研究也越来越多。低毒性也是槐糖脂的一个显著特征,浓度高达1g/L的槐糖脂,对微生物也不具任何毒性。

槐糖脂在纯净水中的CMC值为4mg/L,而在土壤溶液中的CMC值升为10 mg/L,可能是由于部分槐糖脂被吸附在土壤表面所致。菲的增溶实验表明,1g槐糖脂能使232mg菲溶于纯净水中,80.7mg菲溶于土壤溶液中,其增溶效果是阴离子表面活性剂SDS的10倍。Schipper[14]等研究了槐糖脂对菲降解的影响,发现加入500mg/L槐糖脂培养36h后,菲的浓度由最初的80mg/L迅速下降到0.5mg/L。目前研究者通常认为,槐糖脂促进菲生物降解的机是其增强了菲的乳化程度,促进了菲在水相中的分布,即形成了所谓的假溶现象,从而有利于微生物降解污染物。

2.3枯草菌表面活性剂(Surfactin)

枯草菌表面活性剂是一种有效的生物表面活性剂,但与前面2生物表面活性剂相比,目前有关其在生物降解修复中的应用研究较少。

Awashti[15]等首次探讨了枯草菌表面活性剂(Surfactin)对杀虫剂硫丹生物降解的促进作用。Olivera[16]等从污染底泥中分离出一种细菌subtilis O9,其在以蔗糖为底物时,能分泌出枯草菌表面活性剂。他们将枯草菌表面活性剂加入污染底泥中,10d后发现,仅有6.8%的脂肪烃和7.2%芳香烃未被降解。

由于枯草菌表面活性剂在天门冬氨酸和谷氨酸上各带有一价负电荷,因此其对重金属阳离子具有很强的吸附作用,其能与Cd、Hg、Cu、Ni、Pb和Zn等多种重金属离子形成稳定的

螯合物。因此其在重金属污染修复中颇具潜力。

除了上述3种生物表面活性剂外,还有其它一些生物表面活性剂也在应用于生物降解修复。Ermolenko[17]等从一种分支杆菌flavescens Ex 91分泌物中提取到名为Ekoil的生物表面活性剂,这种表面活性剂能有效促进污染地下水油类污染物的微生物降解。Nakhla[18]等从仙人掌中提取出一种名为BOD-Balance的表面活性剂,并研究了其对油类污染物厌氧微生物降解的影响,结果发现加入130–200 mg/LBOD-Balance2个月后,油含量由66,300 mg/L 下降到10,200 mg/L,COD值由59175 mg/L下降到35000 mg/L。Soeder[19]研究两天然表面活性剂—皂角昔和卵磷脂对PAHs生物降解的影响,结果表明在足够高浓度下,2种表面活性剂都能充分溶解PAHs,而且卵磷脂使微生物对PAHs(菲,荧,蒽)的降解增加了2倍,但皂角昔没有明显提高PAHs的生物可利用性,相反的在2.5 mg/ L的浓度下,抑制了微生物的生长。

3 研究不足与展望

(1)生物表面活性剂是一种公认的多功能的、性能优异的处理剂,具有生物降解和低度毒性等特点,在环境修复等方面应用前景广泛。但迄今为止,由于生产成本较高,尚无法与市场上人工合成的化学产品相抗衡,这也影响了其广泛应用,必须改进微生物表面活性剂的生产工艺,提高产出率,降低生产成本。

(2)某些生物表面活性剂增溶、促进有机污染物降解能力有限,这也在一定程度上限制了生物表面活性剂的发展。但随着微生物技术的高速发展,改良菌株成为可能。因此可以采取基因工程等新技术,改良菌株,生产更有效的表面活性剂。

(3)生物表面活性剂促进有机污染物降解的作用机理、其与降解菌株及底物的相互作用关系都还不甚清楚。虽然生物表面活性剂促进了微生物降解,但它们也有一些抑制因素,如有些表面活性剂浓度达到CMC以上时就对微生物有毒性,有些生物表面活性剂的胶粒能干扰细胞过程。生物表面活性剂也能作为一种优先碳源,与有机污染物的降解形成竞争,从而导致污染物降解率下降。此外表面活性剂还可能造成微生物数量的分散而导致不同的结果。这些作用机理都需要深入探究。

(4)进行原位修复时,生物表面活性剂的使用会对生活于其中的土著微生物种群产生一定的毒性和影响,此外由于其能被微生物降解,其代谢产物可能更具毒性。因此,生物表面活性剂的存在可能会会对环境造成一定的污染并增加了环境污染的负担。可见,加强生物表面活性剂对环境产生潜在的影响和其生物降解特性的研究,将为有效地控制生物表面活性剂造成的环境污染、合理利用生物表面活性剂,提供重要的科学依据。在进行现场表面活性

剂增溶修复时,必须进行全面的生物表面活性剂毒性和环境危害性实验,确保生物表面活性剂使用安全。

(5)另外,在进行原位修复时,施加的生物表面活性剂还可能会被吸附到土壤上,其也可能影响土壤的物理、化学和生物性质。生物表面活性剂的存在会减少土壤-水界面的表面张力,引起土壤孔隙内压降的变化,从而造成水和空气在土壤孔隙间分配的变化,最终改变土壤原有的物理性质和氧化还原条件,产生潜在的负面影响。有关表面活性剂与土壤环境相互作用的研究非常缺乏,但这是非常值得关注和深入研究的。

瑕不掩玉,随着生产工艺及基因工程新技术的广泛采用,生物表面活性剂将会逐步取代化学表面活性剂,其在环境污染修复中将会发挥越来越大的作用。

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生物表面活性剂和高分子表面活性剂

生物表面活性剂和高分子表面活性剂 摘要:表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子,一种粒子具有极强的亲油性,另一种则具有极强的亲水性。溶解于水中以后,表面活性剂能降低水的表面张力,并提高有机化合物的可溶性。本文将就生物表面活性剂和高分子表面活性剂进行具体介绍,并且列举了部分它们在社会中的应用以及它们存在的问题和发展前景进行了简单的介绍。 关键词:表面活性剂;生物表面活性剂;高分子表面活性剂 Biological surfactant and polymer surfactant Abstract:Surfactant is composed of two distinct particles, a kind of particle has extremely strong lipophilicity, the other with strong hydrophilic. Dissolved in water, surfactants can reduce the surface tension of the water, and increase of soluble organic compounds. This article will discuss biosurfactant and polymeric surfactants are detailed introduction, and lists the part of their application in society and their existing problems and development prospects were simply introduced. Keyword:The surfactant; Biosurfactant; Polymer surfactant

生物表面活性剂及在油田中的应用

生物表面活性剂及在油田中的应用 杨丽1,李建波2 (1.西南石油学院研究生院应用化学,四川新都;2.西南石油学院) 摘要:生物表面活性剂是由微生物产生的一种生物大分子物质,具有一些优于化学合成表面活性剂的特性,其应用前景十分广阔。本文简述了其种类、特性、生产方法及在石油工业中的应用。 关键词:生物表面活性剂;性能;种类;石油工业;应用 表面活性剂是一种两亲性分子,据其来源的不同,可分为化学合成、生物合成及天然表面活性剂三类。化学合成表面活性剂以有机化学为基础,其性能和成本依赖于原料的性质和价格。生物表面活性剂是微生物在一定条件下产生的集亲水和疏水基于一体的代谢产物,不但具有降低表面张力的特点,而且还能被微生物降解,在特殊的工亚领域中能克服化学合成表面活性剂的某些不足。 1生物表面活性剂 1.1分类 化学合成表面活性剂是据极性基团分类,而生物表面活性剂则依据化学组成和微生物来源分类。其据亲水基的不同可以分为五大类[1]:糖脂、脂肪酸和磷脂、脂肽和脂蛋白、多聚和特殊生物表面活性剂。 1.2特点 生物表面活性剂分子[2]通常比化学合成表面活性剂化学结构更为复杂和庞大,单个分子占据更大的空间,因而显示出较低的临界胶束浓度。其与化学合成表面活性剂相比,除具有用量少、可用微生物方法引入化学方法难以合成的新化学基团等特点外还具有以下优点[3]: 1无毒或低毒; o可生物降解,对环境不造成污染; ?结构多样化,可以用于特殊领域; ?可以从工业废物中生产,有利于环境治理; ?在极端温度、pH值、盐浓度下具有很好的选择性和专一性; ?不致敏、可消化、可用作化妆品、食品和功能食品的添加剂;1.3制备途径 1.3.1微生物发酵法 发酵法生产生物表面活性剂与其它微生物产品生产过程基本相同,包括培养发酵、分离提取和产品纯化三大步骤。大多数微生物发酵产生的表面活性剂的分离提取、纯化都有一些类似的方法,如萃取、盐析、离心沉淀、结晶以及冷冻干燥等。微生物发酵生产表面活性剂在技术和经济上都非常可行,适合大量生产。 1.3.2酶法合成 与微生物方法相比较,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,酶法合成还具有反应专一性强、副反应少、产物容易分离纯化等优点。 1.3.3从动植物材料中提取 目前,应用于食品、医药和化妆品工业的磷脂、卵磷脂类等生物表面活性剂是从蛋黄或大豆中分离提取而来,这类生物表面活性剂的来源都是天然生物原料,受到原料的限制,难以大量生产。 2生物表面活性剂在石油工业中的应用 生物表面活性剂有着非常广泛的应用,能用于许多行业中,目前应用最广泛的是石油工业[4]。 2.1提高石油采收率 生物表面活性剂在石油工业中最主要的应用是提高石油采收率(MERO)。现阶段大多数油田已经进入二次驱油的中后期,但仍有大约70%的原油滞留在储油层中,所以提高采收率是当今石油工业的重要研究领域。微生物可以通过以下几种方式提高石油采收率: 1改变重烃组分的润湿性;(下转第18页) y收稿日期:2005-11-15 作者简介:杨丽(1980-),女,四川简阳人,西南石油学院应用化学专业研究生在读。

表面活性剂期末论文

表面活性剂在石油工业中的应用 班别:10化本3班学号:2010364330 姓名:王梅珍 表面活性剂特定的分子结构—具有亲水和憎水基团—赋予这类分子许多特性。表面活性 剂能够富集在液/液、液/气和液/固界面,降低界面能,显著改变界面的状态和性质。 依用途而分,表面活性剂市场可以分为居室中应用和居室外应用两大类。前者是表面活 性剂的传统市场,主要用于制造各种洗涤用品;后者是正在不断开拓的十分活跃的市场。二 表面活性剂在能源和选矿工业中的应用属于居室外的应用,因此前景十分广阔。下面将粗略 介绍表面活性剂在能源和选矿工业中的应用。 一、表面活性剂在石油工业中的应用 1、在钻井泥浆中的应用 高分子表面活性剂是钻将泥浆——钻井液中的重要组成成分,对钻井液的性能控制起着 至关重要的作用。 (1)钻井液滤失性的调整剂 据文献报道,能显著降低钻井泥浆滤失量(滤失性:钻井液滤失量大小,与井壁所形成 滤饼质量有关。)的多为高分子表面活性剂化合物,这类化合物都有吸附基和水化基,座位 吸附基的主要有-OH、-COOH、-CONH 等,依靠氢键吸附在粘土粒子上;作为水化基的主要有- 2 -等,能形成水化膜。 COO-、-SO 3 (2)钻井液流变性的调整剂 表征钻井液流变性的主要指标有粘度、切应力、动塑比、流性指数和稠度系数。在钻井 过程中通常出现粘度、切应力过大或过小问题,需要在钻井过程中不断调整。表面活性剂对 钻井液流变性的作用主要表现在:表面活性剂通过形成降粘剂(分散型降粘剂和聚合物型降 粘剂)以降低钻井液中网架结构引起的粘度和切应力。当钻井液的粘度过低时,就有必要提 高钻井液的粘度,此时不能依靠增加粘土含量,而是依靠加入增粘剂;下面以Na-CMC为代表说明:25℃时Na-CMC的水溶液粘度不同,可划分为低粘(2%水溶液粘度 <50mPa·s),中粘(2%水溶液粘度为 50—270mPa·s),高粘(1%水溶液粘度为 400-500mPa·s)等三种。前 两种作降失水剂用,后者作增粘剂用。他们引起增粘的作用归纳为三点:①通过羟基使Na-CMC分子吸附在粘土离子表面,加上分子的水化基团的水化膜增加粘土粒子的流体力学体积,提高粘度;②一个Na-CMC分子可吸附多个粘土粒子形成网状结构;③使钻井液液相粘度增大。 在钻井过程中,钻柱与钻井液之间,钻柱与井壁接触点之间以及钻井液与井壁之间处于 不断运动状态而产生摩擦,衡量指标是摩擦因数。对于打定向井和水平井,钻井润滑性尤为 重要。钻井润滑剂通常为表面活性剂。表面活性剂的作用主要在摩擦界面上形成一层吸附膜,降低固体表面自由能。另外还可加入表面活性剂使泥浆中矿物油形成O/W型乳状液,并以细 小油珠分散在泥浆中作为润滑剂用。 除了以上几种作用,表面活性剂对钻井液流变性的影响作用还有乳化剂、起泡剂和泡沫 钻井液、消泡剂、缓蚀剂等等。

生物表面活性剂研究进展

生物表面活性剂研究进展 杨齐峰 (黄石理工学院,湖北,435000) 【摘要】:生物表面活性剂是由微生物分泌的天然产物,它无毒,可以生物降解,对环境影响很小,具有高效的表面活性,因此是合成表面活性剂的理想代替品。介绍了生物表面活性剂的特性及其生产制备方法,综述了近年生物表面活性剂在石油、洗涤、医药、食品等工业领域的应用与研究进展,主要介绍了利用生物表面活性剂在提高石油采收率等方面的应用,探讨了今后生物表面活性剂的主要发展方向。 【关键词】:生物表面活性剂;微生物;应用;发展趋势 Biosurfactant research progress Yangqifeng (Huangshi Institute of Technology School Hubei 435003)abstract:Biological surfactant is secreted by microbial natural products,it is avirulent,can biodegradation,a little influence and efficient surface activity,and is thus synthesis of surfactants ideal replacement. Introduces the characteristics and its biosurfactant production preparation methods,this paper reviews biosurfactant in petroleum,washing,pharmaceutical,food and other industrial areas of application and research progress,mainly introduced the use of biological surfactants in enhanced oil recovery of application,discusses the future biosurfactant the main development direction。 key words:biosurfactant;Microbial;application;development tendency 表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力的物质,化学合成的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来的,在生产和使用过程中常常会给人类生存环境带来严重的污染,对人类的身体健康产生很大威胁。生物表面活性剂是从20世

生物表面活性剂

生物表面活性剂及其应用 谈到学科知识应用,我第一反应是把其与人或自然界中实际存在的生物联系在一起,进而得出既有意义又有趣的结论和现象。在学习完物理化学表面化学部分后我们知道,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。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。但是目前大多数表面活性剂主要以石油为原料经化学合成而来,由于受化工原料、产品的理化特性及其在生产和使用过程对环境造成严重污染等原因,使表面活性剂的应用前景受到极大的挑战。因此寻找一种新型高效低污染的表面活性剂是一个尤为重要的举措。 生物表面活性剂就是一类性能较为优异的表面活性剂。查阅文献可知他们是指利用酶或微生物通过生物催化和生物合成法得到的具有一定表面活性的代谢产物。它们在结构上与一般表面活性剂分子类似,即在分子中不仅有脂肪烃链构成的非极性憎水基,而且含有极性的亲水基,如磷酸根或多烃基基团,是集亲水基和憎水基结构于一身的两亲化合物。它们不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能,而且还拥有下列优点:①选择性广,对环境友好;②庞大而复杂的化学结构使得表面活性和乳化能力更强;③分子结构类型多样,具有许多特殊的官能团,专一性强;④原料在自然界广泛存在且价廉;⑤发酵生产是典型的“绿色”工艺等。 生物产生的生物表面活性剂包括许多不同的种类。依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物和全胞表面本身等五大类。于是我们可以明显知道这些生物表面活性剂是对生物和环境极其友好,相较与普通的化学表面活性剂有更广阔的应用范围。 微生物强化采油(MEOR技术)是生物表面活性剂最为重要的应用领域。在油田中注入一些微生物和其生长所必须的营养物质,微生物在生长的同时,可以产生生物表面活性剂,这些生物表面活性剂能降低原油和水两相界面的张力,从而提高原油的开采量。与化学合成生物表面活性剂相比,生物表面活性剂可被微生物降解,不会对环境造成污染。微生物驱油和化学驱油最大的不同是微生物不但可沿注水压差方向运移,还可在油层中纵深迁移,大大提高了水驱或化学驱的效率。 利用生物表面活性剂能够增强水性化合物的亲水性和生物利用度,还可以使环境污染物不断降解,该技术称为生物修复。我觉得在不远的未来这个技术能有更大的应用和发展前景。 针铁矿(Fe(OH)3) 是一种非常重要的矿产资源,可以吸附土壤和工业废水中有毒的金属离子。用针铁矿吸附、共沉淀金属离子,再用生物表面活性剂作为絮凝剂载体,可将金属离子分离出来。资源问题一直是当今世界重视的难题,利用生物表面活性剂将环境保护和资源采集率两个方面同时兼顾,这将是我们对抗环境恶化的重要手段。 资源的紧缺以及人类环保意识的加强,将进一步推动绿色表面活性剂工业的发展。当前,世界表面活性剂市场呈稳定而缓慢的增长趋势,更多新型、性能优良、易生物降解、高效、安全的表面活性剂出现,会给人们的生活和工业生产注入新的活力。根据国外一些大公司及专家预测,未来表面活性剂工业发展趋向主

表面活性剂的理化性质

表面活性剂的理化性质和生物学性质 一、临界胶束浓度 当表面活性剂的正吸附到达饱和后继续加入表面活性剂,其分子则转入溶液中,因其亲油基团的存在,水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力,导致表面活性剂分子自身依赖范德华力相互聚集,形成亲油基团向内,亲水基团向外、在水中稳定分散、大小在胶体粒子范围的胶束(micelles)。在一定温度和一定的浓度范围内,表面活性剂胶束有一定的分子缔合数,但不同表面活性剂胶束的分子缔合数各不相同,离子表面活性剂的缔合数约在10~100,少数大于1000。非离子表面活性剂的缔合数一般较大,例如月桂醇聚氧乙烯醚在25℃的缔合数为5000。表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度(critical micell concentration, CMC),不同表面活性剂的CMC不同,见表4-2。具有相同亲水基的同系列表面活性剂,若亲油基团越大,则CMC越小。在CMC 时,溶液的表面张力基本上到达最低值。在CMC到达后的一定范围内,单位体积内胶束数量和表面活性剂的总浓度几乎成正比。 表4-2 常用表面活性剂的临界胶束浓度 CMC/molL-1 名称测定温度/℃CMC/molL-1 名称测定温度 /℃ 25 1.6×10-2 辛烷基磺酸钠25 1.50×10-1氯化十二烷基 铵 辛烷基硫酸钠40 1.36×10-1月桂酸蔗糖 2.38×10-6 酯

十二烷基硫酸 钠40 8.60×10-3棕榈酸蔗糖 酯 9.5×10-5 十四烷基硫酸 钠40 2.40×10-3硬脂酸蔗糖 酯 6.6×10-5 十六烷基硫酸 钠40 5.80×10-4吐温20 25 6.0×10-2 (g/L,以下同) 十八烷基硫酸 钠 40 1.70×10-4吐温40 25 3.1×10-2 硬脂酸钾50 4.50×10-45吐温60 25 2.8×10-2油酸钾50 1.20×10-3吐温65 25 5.0×10-2月桂酸钾25 1.25×10-2吐温80 25 1.4×10-2 十二烷基磺酸 钠 25 9.0×10-3吐温85 25 2.3×10-2 (二)胶束的结构 在一定浓度范围的表面活性剂溶液中,胶束呈球形结构(图4-1a),其碳氢链无序缠绕构成内核,具非极性液态性质。碳氢链上一些与亲水基相邻的次甲基形成整齐排列的栅状层。亲水基则分布在胶束表面,由于亲水基与水分子的相互

表面活性剂论文

摘要:随着世界能源需求的增长,人们认识到提高石油开采率的重要性,三 次采油提高采收率主要是靠化学驱油技术,其中,表面活性剂是提高采收率幅 度较大、适用较广、具有发展潜力的一种化学驱油剂。采用表面活性剂驱油 为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔的前景。文综述了表面活性剂的 种类、要求、驱油机理,并总结了国内表面活性剂驱在三次采油中的应用, 其发展前景。 关键词:三次采油表面活性剂应用驱油耐温抗盐 一、前言 石油资源是一种重要的战略资源, 对国家的经济发展和人民生活水平的提高具有重要作用。然而它并不是取之不尽, 用之不竭的, 随着勘探开发程度的加深, 开采难度会逐步加大, 因此提高石油采收率不仅是石油工业界, 而且是整个工业界普遍关心的问题。三次采油技术是中国近十年来发展起来的一项高新技术, 它的推广应用对提高原油采收率、稳定老油田原油产量起到了重要的作用。 二、三次采油简介 通常把利用油层能量开采石油称为一次采油;向油层注入水、气,给油层补充能量开采石油称为二次采油;采取物理—化学方法,改变流体的性质、相态和改变气—液,液—液,液—固相间界面作用,扩大注人水的波及范围以提高驱油效率,从而再一次大幅度提高采收率。称为三次采油。又称提高采收率(EOR)方法。常规的一、二次采油(POR和SOR) 总采油率不很高, 一般仅能达到 20 %~40% , 最高达到50 % ,还有50 %~80 %的原油未能采出。在能源日趋紧张的情况下, 提高采油率已成为石油开采研究的重大课题, 三次采油则是一种特别有效的提高采油率的方法。 三、三次采油分类 三次采油的方法很多, 主要有 4 大类: ①热力驱, 包括蒸气驱和火烧油层等; ②混相驱, 包括CO2 混相、烃混相及其他惰性气体混相驱,这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱; ③化学驱, 包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱和注浓硫酸驱等; ④微生物采油, 包括生物聚合物、微生物表面活性驱,年来又开发出了气一水交替驱(WAG驱)。目前,三次采油研究尤其以表面活性剂和微生物采油得到人们的普遍重视, 而表面活性剂驱则显示出明显的优越性。四、表面活性剂的结构、分类 表面活性剂单体是由一个非极性的亲油基和一个极性的亲水基构成。亲油基一般由长烃链组成。表面活性化合物的表面性质受制于其亲油和亲水特性的平衡。如果表面活性剂中的烃链少于12 个碳原子,则该表面活性剂为水溶性的,因为极性端基团把全部分子拉入水中。然而,当烃链长度大于14个碳原子时,则这种化合物称为水不溶性(油溶性) 的表面活性剂。图 1 为表面活性剂分子结构 图。表面活性剂的分子 结构不仅造成表面活 性剂在表面的集中并 降低溶剂的表面张力, 而且也影响分子在表 面的排列方向,其亲油 基在溶剂中,而亲水基 部分的取向则要离开

生物表面活性剂应用研究进展

生物表面活性剂应用研究进展 刘江红陈逸桐贾云鹏芦艳 (东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省高校重点实验室大庆163318) 摘要生物表面活性剂是由微生物产生的天然产物,具有表面活性高、对环境无污染、生物可降解性及良好的抑菌作用等优于化学合成的表面活性剂的独特性质。本文对生物表面活性剂的特性、分类及其制备方法进行了介绍,对生物表面活性剂在石油工业、环境工业、医药、食品、农业和化妆品工业等领域的应用进行了总结,展望了生物表面活性剂的良好应用前景。 关键词生物表面活性剂特性分类应用 Progress on the Applications of Biosurfactants Liu Jianghong,Chen Yitong,Jia Yunpeng,Lu Yan (Provincial Key Laboratory of Oil&Gas Chemical Technology,College of Chemistry&Chemical Engineering, Northeast Petroleum University,Daqing163318) Abstract Biosurfactants are natural products produced by microorganisms.The biosurfactants have unique properties,such as,high surface activity,environmental friendliness,biodegradable and good anti-microbial activity,which chemical surfactants do not have.Herein the properties,classifications and preparation methods of biosurfactants are introduced in brief.The applications of biosurfactants in various fields such as petroleum exploit,environmental protection,preparation of medicals,food products as well as agriculture and cosmetics are summarized.The prospect in the development of the biosurfactants is predicted. Keywords Biosurfactant,Property,Classification,Application 生物表面活性剂是利用可再生的资源如植物油、碳水化合物等为原料,由不同的微生物生产代谢得到的。与其他表面活性剂相比,具有耐酸、耐盐、可生物降解、低毒性、抗菌性、对环境无污染和生物相容性好等优点,同时生物表面活性剂兼备降低溶剂表面张力、稳定乳化液及增加泡沫等其他表面活性剂的特点,因此生物表面活性剂逐渐在石油工业、环境工业、医药、食品、农业和化妆品工业等领域得到广泛的应用,在未来有逐步替代化学合成的表面活性剂的趋势。 1生物表面活性剂的性质、分类及制备 1.1生物表面活性剂的特性 生物表面活性剂分子结构包含极性基团和非极性基团,是一种具有亲水、疏水两性特点的生物大分子化合物。生物表面活性剂分子的亲水基和疏水基可以由不同的分子成分组成。 生物表面活性剂与其他表面活性剂比较,主要特性就是无毒性、稳定性好、耐酸耐盐性好、可以被生物降解、对环境无污染及抗菌性。 1.2生物表面活性剂的分类 生物表面活性剂根据其化学结构的不同,可以分为酰基缩氨酸系、糖脂系、磷脂系、高分子聚合物和脂肪酸系表面活性剂五类,如表1所示。 刘江红女,47岁,硕士,副教授,主要从事生物化工研究。E-mail:ljhread@126.com 国家863计划项目(2008AA06Z304)和黑龙江省教育厅科技攻关项目(1153005)资助 2012-11-09收稿,2013-03-31接受

表面活性剂小论文

表面活性剂 摘要:随着社会进步科技发展,高新技术突出,化工产业为满足生产的高效率和能源最大效率的利用,减少能源损失和开发新产品,表面活性剂这一起着活性的物质日显重要。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。为了更好利用它,我们要对其有一个充分了解。本文从分类和作用、机理来分析。 关键词:表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、基本性质、结构和应用 引言:要充分利用和把握表面活性剂我们首先就要了解其的基本性质和分类。我们从阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、基本性质来分析。 一、表面活性剂概述: 1.概念:表面活性剂(surfactant)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。 2.组成:分子结构具有两亲性,非极性烃链: 8个碳原子以上烃链,极性基团:羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等。 3.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。 二、表面活性剂的分类 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。 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:脂肪酸甘油酯,脂肪酸山梨坦(司盘),聚山梨酯(吐温) 三、阴离子表面活性剂 1、肥皂类 系高级脂肪酸的盐,通式: (RCOOˉ)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-SO3-M

生物表面活性剂

98-25:脂肽 H:环脂肽 【内容】 所有的生物都是由细胞所构成,细胞中70%的是水分,蛋白质、核酸、糖类、脂类等各种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。表面活性剂作为控制细胞界面秩序而不可缺少的物质起着重要作用。 由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中微量地存在,因此大量提取纯制品非常困难。近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。这已在石油三次回收剂、石油环境污染的无公害处理剂及功能性表面活性剂等许多领域得到应用和开发。 生物表面活性剂具有合成表面活性剂所没有的结构特征,大多有着发掘新表面活性功能的可能性,人们正希望开发出生物降解性和安全性及生理活性都好的生物表面活性剂。 1.生物表面活性剂分类 生物表面活性剂根据其亲水基的类别,分为以下五种类型:①以糖为亲水基的糖脂系生物表面活性剂;②以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂;③以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂;④以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂;⑤结合多糖、蛋白质及脂的高分子生物表面活性剂(生物聚合体)。 (1)糖脂系生物表面活性剂糖脂与磷脂形成复合脂成为连接脂和糖的桥梁,从化学结构来看,它们是由脂肪醇或脂肪酸形成的复杂脂。根据这种糖脂的结构和分布可分为四类:鞘氨糖脂,植物糖脂,甘油糖脂,结构单元中无鞘氨醇和甘油的其他糖脂。 鞘氨糖脂是动物糖脂的代表性物质,存在于动物组织,特别是动物的脑神经组织中。植物糖脂主要存在于植物中。 甘油糖脂广泛存在于高等植物、藻类和能进行光合作用的细菌中,既有植物性又有微生物性糖脂的特性。 属于结构单元中无鞘氨醇和甘油的糖脂有来自高好碱性菌的硫糖脂,及源于植物的有代表性的皂草苷生物表面活性剂。以前,人们常用皂草苷作洗涤用品,从结构上看,它是由以甾族化合物或三萜系化合物为非糖部分(皂草配基)与低聚配糖体构成的。皂草苷具有生物活性,如具有溶血、强心和免疫等作用。 (2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂大致分为硫放线菌素类和脂氨基酸类,这类物质以氨基酸或低聚缩氨酸作亲水基。它广泛存在于各种微生物、植物、无脊椎动物的消化液、鸡的卵管、人的皮肤等中。虽然对脂氨基酸的生理意义还不了解,但作为生物膜的存在,它与维持膜结构及膜机能有关,而且存在于皮肤的角质层中,也与保湿作用有关。硫放线菌素类是微生物的产物,有高表面活性。 (3)磷脂系生物表面活性剂这是磷脂与糖脂在复合脂中形成的一大领域。大致分为甘油磷脂和鞘氨磷脂。 甘油磷脂是以磷脂酰酸作基本骨架,由具有羟基的各种化合物构成,结构式如下:

高效表面活性剂研究

Yol.37 No.5 May. 2018 石油化工应用 PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION 第37卷第5期 2018年5月高效表面活性剂研究 崔丹丹,李辉 &中国石油大港油田采油工艺研究院,天津300280) 摘要:对比评价了 3种石油磺酸盐,分析了表活剂的CMC值、HLB值、润湿性,优化出一种高效表面活性剂,在降低界 面张力能力以及乳化、改变润湿性方面都表现出较优的性能。 关键词:CMC值;HLB值;润湿性 中图分类号:TE357.46 文献标识码:A文章编号:1673-5285( 2018 )05-0143-04 D01:10.3969/j.issn.l673-5285.2018.05.032 室内研究发现单纯的石油磺酸盐在降低界面张力 及乳化方面效果稍差>1]>而非离子表面活性剂,降低界 面张力能力较强,但与原油的配伍性稍差,洗油效率较 低r将二者复配使用可确保性能指标满足现场应用需求。因此室内优选石油磺酸盐表活剂BHS-01及非离子表 活剂DBS-03,按照不同比例进行复配,得到命名为 DPS的系列表面活性剂,并将该系列表面活性剂特性 与单纯石油磺酸盐对比研究,分析其与原油的匹配性。 1实验部分 1.1实验药品及仪器 DPS面活性剂,有效 为40 D),240-340 面活性剂,有效 为40 %),340-520 面活 性剂,效 为40 %),油 水,油 新6-8-2井脱水原油。 仪器:TX500C界面张力仪;接触角测定仪。 53 %。 1.2实验方法 1.2.1CMC测定CMC值为表面活性剂的临界胶束 ,面活性剂 ,的 性 界面张力 率 及 将发 。研究 CMC可确 面活性剂降低界面 张力能力。 原 在 面活性剂 较低 ,的,的 面/界面张力 降,到 界 ,面/界面张力的下降 。表面/界面张力对 ,的 CMC。 果表面活性剂不纯,表面活性的 酸 ,的表面/界面张力-的 可能 得不 ,但 现 低。面活性剂 的方 [2]。 水配 不同 活剂 ,按照标 SY/T 6424-2000 4 的 方 。 用 现场 水配不同表面活性剂 ,用界面张力仪在53 %与原油新6-8-2井)的界面张力。 1.2.2 HLB 值测定HLB 值(Hydrophile-Lipophile Balance Number)称亲水疏水 。性能的表面活性剂求的HLB,在水 油 的溶解都小,主存在于相界面上,充分发挥表面活性剂 降低界面张力的用。 HLB的 用乳化,乳化的原理是用表面活性剂来乳化油介,面活性剂的HLB与 油相介所需的HLB同,的乳稳性最。对于一般的水性面活性剂,可使用松节油(所 需HLB值16)和棉籽油(所需HLB值为6)配 系列需不同HLB的油,每15份油 5份待测表面活性剂,后 80份水,搅拌乳化,其中稳性 的样油所需的HLB面活性剂的HLB值。对于油性表面活性剂,可固油相为棉籽油[3]。 收稿日期:2018-05-15

生物表面活性剂的分离提纯及其应用前景

生物表面活性剂的制备、提纯及其应用 摘要:生物表面活性剂是由微生物产生的天然产物,具有表面活性高、对环境无污染、生物可降解性及良好的抑菌作用等优于化学合成的表面活性剂的独特性质。本文对生物表面活性剂的合成方法进行了介绍,对生物表面活性剂在石油工业、环境工业、医药、食品、农业和化妆品工业等领域的应用进行了总结,展望了生物表面活性剂的良好应用前景。 关键词:生物表面活性剂制备提纯应用 生物表面活性剂主要是由微生物在好氧或厌氧条件下在碳源培养基中生长时产生的。这些碳源可以是碳水化合物、烃类、油、脂肪或者是它们的混合物。生物表面活性剂可分为非离子型和阴离子型, 阳离子型较为少见。像其它表面活性物质一样, 生物表面活性剂由一个或多个亲水性和憎水性基团组成, 亲水基可以是酯、羟基、磷酸盐、或羧酸盐基团、或者是糖基, 憎水基可以是蛋白质或者是含有憎水性支链的缩氨酸。根据生物表面活性剂的结构特点, 可将其分为5 类:糖脂、脂肽、多糖蛋白质络合物、磷脂和脂肪酸或中性脂。 和传统的化学合成的表面活性剂相比, 生物表面活性剂有许多明显的优势:(1)更强的表面和界面活性;(2)对热的稳定性;(3)对离子强度的稳定性;(4)生物可降解性;(5) 破乳性。 由于这些显著特点, 使生物表面活性剂在一些方面可以逐渐代替化学合成的表面活性 剂, 而且应用也越来越广泛。 1 生物表面活性剂的性质、分类及制备 1. 1 生物表面活性剂的特性 生物表面活性剂分子结构包含极性基团和非极性基团,是一种具有亲水、疏水两性特点的生物大分子化合物。生物表面活性剂分子的亲水基和疏水基可以由不同的分子成分组成。 生物表面活性剂与其他表面活性剂比较,主要特性就是无毒性、稳定性好、耐酸耐盐性好、可以被生物降解、对环境无污染及抗菌性。 1. 2 生物表面活性剂的分类 生物表面活性剂根据其化学结构的不同,可以分为酰基缩氨酸系、糖脂系、磷脂系、高分子聚合物和脂肪酸系表面活性剂五类,如表1 所示。 表1 生物表面活性剂的分类 分类典型产物 酰基缩氨酸系脂蛋白、脂肽、脂氨基酸 糖脂海藻糖脂、鼠李糖脂、槐糖脂 磷脂磷脂酰乙醇胺 中性脂/脂肪酸甘油脂、脂肪酸、脂肪醇、蜡 聚合物脂杂多糖、脂多糖复合物、蛋白质-多糖复合物 1. 3 生物表面活性剂的制备方法 1.3.1 微生物发酵法

氨基酸类表面活性剂-论文

氨基酸类表面活性剂 摘要 氨基酸是具有氨基和羧基的化合物的总称,作为蛋白质和酶的构成成分是生物体必需的化合物之一。此外,从工业观点来看,最近由于氨基酸制造技术的进步,可以得到比较廉价的氨基酸,利用其多官能基性、光学活性或氨基酸支链的多种功能,可以制成各种功能材料。对氨基酸系表面活性剂的研究开发,首先是在化妆品领域,接着在各种领域,新功能材料的种类、用途也正在扩展。本文对氨基酸系表面活性剂的物性和应用,以氨基酸衍生物为中心,包括最近开发的材料进行介绍。 关键词:简介,结构,物理化学性质,作用,国外研究现状(常用的合成工艺路线、流程和设备、产品检验),结论(对全文的评述做出简明扼要的总结,重点说明对毕业论文重要论述依据的相关文献已有成果的学术意义、应用价值和不足,提出今后研究的目标) 一、简介 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。 氨基酸型两性表面活性剂是一种以氨基酸为基础的环保表面活性剂,其良好的无毒、生物可降解和配伍性能,越来越多地被应用到众多工业中 氨基酸与疏水物质发生反应,生成的表面活性物质称为氨基酸型表面活性剂。近年来氨基酸型表面活性剂广泛用于化妆品和卫生用品生产中,其年产量快速增长着。 二、结构

种常用表面活性剂

种常用表面活性剂

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17种常用表面活性剂 月桂基磺化琥珀酸单酯二钠(DLS)?一、英文名: Disodium Monolauryl Su lfosuccinate?二、化学名:月桂基磺化琥珀酸单酯二钠?三、化学结构式: ROCO-CH2-CH(SO3Na)-COONa 四、产品特性?1. 常温下为白色细腻膏体,加热后(>70℃)为透明液体;2. 泡沫细密丰富;无滑腻感,非常容易冲洗;3. 去污力强,脱脂力低,属常见的温和性表面活性剂;4. 能与其它表面活性剂配伍,并降低其刺激性;5.耐硬水,生物降解性好,性能价格比高。?五、用途与用量: 1.用途:配制温和高粘度高度清洁的洗手膏(液)、泡沫洁面膏、泡沫洁面乳、泡沫剃须膏,也可配制爽洁无滑腻的泡沫沐浴露、珠光香波等。 2.推荐用量:10—60%。?脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠MES?一、英文名:Disodium Laureth(3)Sulfosuccinate 二、化学名:脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠 三、化学结构式:RO(CH2CH2O)3COCH2CH(SO3Na)COONa?四、产品特性: 1.具有优良的洗涤、乳化、分散、润湿、增溶性能; 2.刺激性低,且能显著降低其他表面活性剂的刺激性; 3.泡沫丰富细密稳定;性能价格比高;?4.有优良的钙皂分散和抗硬水性能; 5.复配性能好,能与多种表面活性剂和植物提取液(如皂角、首乌)复配,形成十分稳定的体系,创制天然用品;?6.脱脂力低,去污力适中,极易冲洗且无滑腻感。?五、用途与用量:?1、用途:制造洗发香波、泡沫浴、沐浴露、洗手液、外科手术清洗及其它化妆品、洗涤日化产品等,还可作为乳化剂、分散剂、润湿剂、发泡剂等。广泛用于涂料、皮革、造纸、油墨、纺织等行业。 2、推荐用量:在香波中为8-12%,在浴液中用量为10-15%,其它化妆品中为0.5-5%。应用时PH值不应超过7。?椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠DMSS 一、英文名:Disodium Cocoyl Monoethanolamide Sulfosuccinate? 二、化学名称:椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠?三、结构式:RCONHC H2CH2OCOCHCH(SO3Na)COONa?四、产品特性: 1.具有优良的洗涤、乳化、分散、润湿、增溶性能;?2.刺激性低,且能显著降低其他表面活性剂的刺激性;

表面活性剂的应用和发展前景

题目:表面活性剂的应用和发展前景 学生姓名:高祯富 学号:130110050 院系: 化材学院 专业: 化学工程与工艺

表面活性剂的应用和发展前景 摘要 表面活性剂(surfactant)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,其应用前景非常广阔。本文简述了高分子表面活性剂的应用研究进展,介绍新一代表面活性剂geminis和生物表面活性剂的研究应用,探讨表面活性剂在绿色化学中的进展。 关键词表面活性剂高分子 geminis 生物表面活性剂绿色化学 引言 表面活性剂具有吸附于物质表面,使其表面性质发生变化的特性,它的分子构造由亲水基和憎水基两部分组成,通常的表面活性剂几乎全是分子量为数百(300左右)的低分子量物质。高分子表面活性剂是指那些分子量在数千以上并具有表面活性功能的高分子化合物。 随着高分子化学工业的迅速发展,各种具有表面活性的高分子化合物引起了人们广泛注意. 生物表面活性剂(Biosurfactants)是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质[8]。与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂除具有降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等相同作用外,还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒、能生物降解等优点。生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石油工业和环境工程,如石油的生物降粘、提高原油采收率、重油污染土壤的生物修复等[9]。另外,生物表面活性剂作为天然添加剂,在食品工业、精细化工、医药和农业等工业方面也愈来愈受到人们的青睐。随着人们崇尚自然和环保意识的增强,生物表面活性剂将有更加广阔的应用前景,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。 鉴于表面活性剂能对界面过程产生影响, 因此,它往往能有效地改进相关的工艺过程, 或者能改善产品质量, 或者可节能降耗, 或者能改善环境, 使反应过程绿色化, 甚至起到“绿色使者”的作用,将表面活性剂更多的用于绿色化学的研究,将是表面活性剂未来研究主要方向之一。

生物表面活性剂

它们主要是利用碳氢化合物的微生物产生,通过生物表面活性剂的作用使碳氢化合利用吸 收 生物表面活性剂发酵条件的优化、提取与分析 摘要:生物表面活性剂是由微生物产生的具有高表面活性的生物分子。相对于化学合成的表面活性剂,生物表面活性剂对生态系统的毒性较低,且可生物降解。它可以应用在如采油和能源工业、药物和化妆品、食品、环境工程等各个工业领域。本文讲述了生物表面活性剂从生产菌的筛选到培养条件的优化以及生物表面活性剂的提取的全过程。从污水、污泥样品中经过富集培养、血平板分离、摇瓶培养和排油活性测定等方法筛选筛选出了可以产生生物表面活性剂的1株细菌和2株酵母菌,并对其中的1株酵母菌的发酵条件如碳源,氮源,初始pH值,溶氧量这些分别进行单因素优化的讨论,并通过萃取的方法得到生物表面活性剂产物。 关键词:生物表面活性剂,筛选,发酵,优化,提取 Abstract:Biosurfactant is a high surface-active agent synthesized by microorganism. Compared with themical surfactant, biosurfactant has a low toxicity to ecological system of Earth. The applications of biosurfactants in some fields such as enhanced oil recovery, energy industry, pharmaceuticals and cosmetics, food and environmental control are presented. This review is made from several aspects: screening of biosurfactant-producing microorganism, optimization of culture brooth, isolation of biosurfactant. Microorganisms capable of producing biosurfactants can be isolated by a series of steps including hydrocarbon enrichment culture, hemolytic activity assay on blood agar plates and oil displacement activity assay etc. the strains were isolated from waste soil and waste water. We screen one strain of bacteria and two strains of yeasts. Keywords: Biosurfactant, screening, fermentation, optimization, isolation 1 引言 1.1 生物表面活性剂的概述 概述生物表面活性剂的产生、分类、特点以及应用。

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