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守望先锋d.va:表面活性劑降解技術的研究進展

作者:admin 更新時間:2019年05月24日 09:22:35

守望先锋新英雄怎么卡无敌出图 www.yzssv.icu   摘要:表面活性劑的降解技術正受到越來越多的關注。本文介紹了幾項技術在國內外的研究現狀;討論了表面活性劑降解的研究成果;并對近幾年發展起來的表面活性劑光催化降解的催化劑、工藝組合作了簡要介紹。


  關鍵詞:表面活性劑,生物降解,光降解,生物處理,有機污染物


  在表面活性劑給人們的生活和工農業生產帶來極大方便的同時,也給我們的環境帶來了污染。表面活性劑可以降解水體中氧的傳遞速度,嚴重時可以使水體缺氧、腐敗,水體自凈過程受阻。磷酸鹽的含量高時有可能導致水體的富營養化。因此對表面活性劑降解技術的研究顯得尤為重要。


  一、表面活性劑的分類


  在表面活性劑科學中廣泛采用的是按照其在水中,親水基是否電離分為離子型和非離子型表面活性劑兩大類。離子型又可按照離子的電性分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑3種。此外還有近年發展較快的,既有離子型親水基又有非離子型親水基的混合型表面活性劑。下面分別加以介紹:


  1.陰離子型


  憎水基主要為烷基、異烷基、烷基苯等,親水基主要有鈉鹽、鉀鹽、乙醇胺鹽等水溶性鹽類。陰離子型表面活性劑主要有,羧酸鹽(RCOOM)、烷基硫酸酯鹽(ROSO3M)、烷基磷酸酯鹽(ROPO3M)、烷基磺酸鹽(RSO3M)等。


  2.陽離子型


  幾乎所有的陽離子表面活性劑都是含氮化合物,就是有機胺的衍生物。主要有季銨鹽(RNR3A)、烷基吡啶翁(RC5H5NA)。陽離子表面活性劑可以作為殺菌劑,也有柔軟、脫脂、破乳、抗靜電作用。一般來說它不具備去污能力,不能和陰離子表面活性劑配伍使用。


  3.兩性型


  分子中帶有兩個親水基團,一個帶正電,一個帶負電,正電性基團主要是含氮基團(或用硫和磷取代氮的位置)。負電基團主要是羧基和磺酸基。甜菜堿類[RN(CH3)2CH2COO],氨基丙酸類(RNH2CH2CH2COO),?;撬嶗郲RN(CH3)2(CH2)2SO3]和咪唑啉類是4類重要的兩性型表面活性劑。它們具有抗靜電、柔軟、殺菌和調理等作用,尤其是咪唑衍生物和甜菜堿衍生物更有實用價值,具有低刺激性、耐硬水力強、水溶性好等優點。因此廣泛應用于嬰兒香波、洗發香波中,它們可以和各類表面活性劑配合使用。


  4.非離子型


  它的極性基不帶電,在水溶液中不電離,并且不受強電解質、強酸、強堿的影響,穩定性高,與其他類型的表面活性劑相溶性好。非離子型表面活性劑主要有:脂肪醇聚氧乙烯醚[RO(CH2CH2O)nH],n=l~5,一般采用脂肪醇和環氧乙烷直接縮合而成;烷基醇酰胺類[RCON(CH2CH2OH)2],由脂肪酸與乙醇胺類直接縮合而成;多元醇類化合物(如蔗糖、山梨糖醇、甘油醇的衍生物)等。另外還有聚氧乙烯、聚氧丙烯生成的聚合型表面活性劑及烷基多苷類表面活性劑。


  5.混合型


  這種活性劑的分子帶有兩種親水基團,一種帶電,一種不帶電。醇醚硫酸鹽(CH2CH2O)nSO4M(AES)就是這樣一類表面活性劑,其中n=1~5。兩種親水基分別是非離子的聚氧乙烯基和陰離子的硫酸根,雖然一般分類仍把這種表面活性劑歸屬于陰離子表面活性劑,但從水溶性、耐鹽性、抗硬水性來講要比陰離子表面活性劑-烷基硫酸鹽要好得多。


  二、表面活性劑的降解技術


  表面活性劑在工農業、醫藥衛生、日用化工、食品加工等眾多領域的應用越來越廣[1]。關于表面活性劑生態學和毒性的評估,有一條共識:在表面活性劑大量工業化使用的同時,未降解成分也造成了土壤、水質的污染,甚至對人體健康帶來危害[2]。因此有關表面活性劑的降解愈來愈受到人們的重視,表面活性劑降解的技術近幾年也有了較大發展。表面活性劑降解,是指表面活性劑在環境因素作用下,結構發生變化,從對環境有害的表面活性劑分子逐步轉化成對環境無害的小分子,如CO2、NH3、H2O等[3]。完成降解一般分為三步:


  (1)初級降解:表面活性劑的母體結構消失,特性發生變化;


  (2)次級降解:降解得到的產物不再導致環境污染;


  (3)最終降解:底物(表面活性劑)完全轉化為無機物。


  影響表面活性劑降解的因素很多,除自身的結構外,還受微生物、光源、濃度、溫度、氧化劑、pH值等多種環境因素的影響。研究表面活性劑降解的方法也較多,本文主要討論生物降解法、光降解法和電催化降解法。


  1.生物降解法


  表面活性劑生物降解是最普遍的一種降解方法,其主要分為好氧處理和厭氧處理兩大類:經過生物處理法處理后,沒有兩個碳或兩個碳以上分子結構的有機降解產物長時間存在,這表明這些表面活性劑經生物處理后已基本降解。


  2.光降解法


  光降解的優點是成本低,反應條件溫和,不會產生二次污染。許多難于生物降解的物質都能通過光催化降解礦化為CO2、H2O或毒性較小的有機物。Hidaka等利用人工光源得出降解速度常數K,并發現K只與光源、催化活性、反應介質有關,而與表面活性結構無關。目前,光降解的研究進展,除了對環境因素、介質pH值、表面活性劑類型、濃度、氧化劑種類等進行研究外,還包括:


  2.1利用自然光源


  實踐中常用到180~380nm波長的光,太陽光中有1~3%的近紫外光(300~400nm),利用太陽光中波長直至388nm的近紫外光激發,所發出的短波波長的紫外光],具有良好的應用前景。


  2.2改進催化劑


  TiO2是具有高效的催化劑,TiO2的顯著優點是:能有效吸收太陽光譜中的弱紫外部分;氧化還原性較強;在較大pH值范圍內穩定性好。為了提高TiO2的量子效率,對TiO2的研究新進展是:納米級TiO2材料的研究成功為光催化降解的應用提供了良好條件,催化活性隨粒徑的降低而增強,當粒徑小于10nm時尤為明顯。通過對催化劑改性研究表明:將光活性化合物通過化學吸附或物理吸附附著于TiO2表面,能擴大激發波長范圍,增加光催化反應速率,提高對太陽光的利用率。


  3.電催化降解


  電催化法處理廢水中的陰離子表面活性劑的裝置示意圖如下,在一定的操作條件下,裝置內便會產生一定數量的羥基自由基和新生態的混凝劑,這樣廢水中的污染物便會發生諸如催化氧化分解、混凝、吸附、絡合和置換等作用,使廢水中的污染物迅速被去除。


  三、工藝組合


  表面活性劑的降解有其復雜性和多樣性,單一處理方法往往達不到處理含有多種表面活性劑和有機污染物的預期目的。近幾年來,把幾種方法相結合的工藝,取得了較好發展。光降解與混凝沉降組合和光降解與生物降解組合是比較成功的兩種結合工藝。


  四、結語


  1.選擇合適載體和開發納米級TiO2,將光活性物質引入光催化劑中,制備高效率的光降解催化劑,進一步完善催化劑的改性和固定化技術,提高催化劑的量子效率,是光催化降解研究中重點之一。


  2.將生物降解和光降解進行優化組合,用于表面活性劑降解,將會取得更好處理效果。