Поверхностно-активные вещества в быту и окружающей среде

 

 

 

 

 

Поверхностно-активные вещества в быту и окружающей среде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - это вещества, адсорбция которых из жидкости на поверхности раздела с другой фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значительному понижению поверхностного натяжения.

Любое вещество в виде компонента жидкого раствора или газа (пара) при соответствующих условиях может проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию. Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, адсорбция которых из растворов уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения.

Важность изучения поверхностно-активных веществ состоит в том, что они имеют широкое применение в быту и негативно влияют на окружающую среду. Поэтому очень важно знать, что из себя представляют эти вещества и какие существуют методы их определения в объектах окружающей среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация ПАВ

По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные и неионные. Ионные ПАВ диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие - адсорбционно не активны. Если адсорбционно активны анионы, ПАВ называются анионными, или анионо-активными, в противоположном случае - катионными, или катионо-активными. Некоторые ПАВ содержат как кислотные, так и основные группы; такие ПАВ обладают амфотерными свойствами. Их называют амфотерными, или анфолитными, ПАВ. Неионогенные ПАВ не диссоциируют при растворении на ноны; носителями гидрофильности в них обычно являются гидроксильные группы и полигликолевые цепи различной длины.

Существуют также ПАВ, в которых наряду с неионными гидрофильными атомными группами присутствуют ионные.

В отдельный класс выделяют фторуглеродные ПАВ - соединения с полным или частичным замещением атомов водорода в гидрофобных радикалах на атомы фтора. Кроме того, как отдельную группу следует рассматривать высокомолекулярные ПАВ - адсорбционно активные водорастворимые полимеры ионного и неионного типов.

Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими при взаимодействии с растворителем. К одной категории относятся мицеллообразующие (полуколлоидные, мылоподобные) ПАВ, к другой - не образующие мицелл. ПАВ первой категории в растворе выше некоторой «критической» концентрации образуют мицеллы, то есть молекулярные или ионные ассоциаты с числом молекул от нескольких десятков до нескольких сотен. Ниже «критической» концентрации мицеллообразования (ККМ) вещество находится в истинно растворенном состоянии, а выше ККМ - как в истинно растворенном, так и в мицеллярном.

Мицеллы ПАВ находятся в обратимом термодинамическом равновесии с молекулами; при разбавлении раствора они распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают. Обычно такие растворы обладают моющей способностью. ПАВ второй категории не образуют мицелл ни в растворах, ни в адсорбционных слоях. При любой концентрации они находятся в истинно растворенном состоянии.

ПРИМЕНЕНИЕ В БЫТУ

ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательных веществ, то есть веществ, используемых для обработки тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции. ПАВ используют во многих технологических процессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов; как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых компонентами гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и так далее. ПАВ облегчают механическую обработку металлов и др. материалов, повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел. Незаменимы ПАВ как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст, эмульсий, пен). Кроме того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для "собственных нужд" живыми организмами. Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.

Моющие средства. Основное и традиционное применение ПАВ как мыло и чистящих средств в различных процессах чистки изделий. Мыла использовались человеком на протяжении 2000 лет для чистки различных изделий и личной гигиены. С тех пор состав мыла практически не изменился. Сегодня в магазинах можно увидеть мыла различных цветов и ароматов с различными добавками (антиперсперанты и т.д.). Синтетические моющие средства используются для чистки одежды, посуды и прочих вещей в доме. В прошлом такая чистка занимала много времени, требовала больших механических затрат и использования большого количества воды. Современные ПАВ позволяют уменьшить эти затраты и повысить качество чистки. ПАВ обладают дезинфицирующими свойствами и широко используются больницами и поликлиниками вместо обыкновенного мыла.

Косметика. Основное направление использование ПАВ в косметике - заменить натуральные компоненты (масла) на синтетические (растворы и эмульсии ПАВ) с более низкими токсическими и аллергическими свойствами.

Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества на волокнах синтетической ткани.

Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от легких повреждений и слипания.

Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения, для того, чтобы красочный материал мог легко проникнуть в маленькие углубления на поверхности обрабатываемого материала и заполнить их, вытесняя при этом другое вещество из углубления (например, воду).

Бумажная промышленность. ПАВ используются для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованной бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность. См. флотация.

Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станков. Снижают трение и устойчивы при высоких температурах, тогда как масло сгорает.

Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий. ПАВ используются для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов в растения через мембранные стенки.

Пищевая промышленность. ПАВ используются в двух случаях: при подготовке упаковки для продуктов, а также для мойки тары. В продуктах ПАВ применяется в мороженом, шоколаде, взбитых сливках и соусах для салатов и других блюд.

 

 

 

 

 

Влияние ПАВ на окружающую среду

Водные растворы ПАВ поступают в стоки промышленных вод и в конечном счете в водоемы. 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 других форм жизни в воде.

95-98 % общего  количества применяемых в нашей  стране детергентов - синтетических  моющих средств, вырабатываемых  промышленностью характеризуются  низкой биологической разлагаемостью  и в силу своей химической  природы оказывают существенное  отрицательное воздействие на  водные объекты.

Попадая в водоёмы, ПАВ активно участвуют в процессах перераспределения и трансформации других загрязняющих веществ (хлорофос, анилин, цинк, железо, канцерогенные вещества, пестициды, нефтепродукты, тяжёлые металлы и др.), активизируя их токсическое действие.

ПАВ также могут способствовать и повышению эпидемиологической опасности воды, а также способствуют химическому загрязнению воды веществами высокой биологической активности. С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации ПАВ в воде обычно повышается. При значительном накоплении ПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий ПАВ могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.

Токсичность ПАВ в водной среде в значительной степени уменьшается за счёт их способности к биодеградации. ПАВ, в той или иной степени, поглощаются всей флорой и фауной водных объектов.

Поэтому необходимость очистки сточных вод от ПАВ очевидна. Химическими предприятиями ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ.

Большая трудность очистки воды от ПАВ состоит в том, что различные ПАВ в водоёмах чаще всего встречаются в виде смеси отдельных гомологов и изомеров, каждый из которых проявляет индивидуальные свойства при взаимодействии с водой и донными отложениями, различен и механизм их биохимического разложения. Исследования свойств смесей ПАВ показали, что в концентрациях, близких к пороговым, эти вещества обладают эффектом суммирования их вредных воздействий.

 

Способы очистки вод от ПАВ

Для очистки сточных вод от ПАВ применяются несколько способов и методов. В качестве стандартных или традиционных методов очистки сточных вод от ПАВ наиболее эффективными можно назвать: сорбционные методы, флотация и реагентная обработка.

       При использовании  флотации удается в некоторых  случаях достичь высокого эффекта  удаления ПАВ из сточной воды. Но данный метод не подходит  для удаления некоторых типов  ПАВ и требует высоких расходов  реагентов, таких как коагулянты  и флокулянты.

       Для реагентной  обработки сточных вод с содержанием  ПАВ используют сильные окислители. Наиболее практичным получается  использование гипохлорита натрия. Минус этого метода заключается  в большом расходе реагента  и увеличенным содержанием остаточного  активного хлора в очищенной  воде.

        Сорбционный  метод можно назвать универсальным  для очистки сточных вод от  любых ПАВ. Эффективность очистки  стоков зависит от типа применяемого  материала. В большинстве случаев  применяют различные марки активированных  углей. Но при больших концентрациях  ПАВ использование данного метода  сопряжено с высокими экономическими  затратами на частую замену  сорбента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. «Экология окружающей среды и человека», Ю.В.Новиков. 1998 г.
2. Степановских, «Охрана окружающей среды».
3. Шварц А., Перри Дж., Берч Дж., «Поверхностноактивные вещества и моющие средства», пер. с англ., М., 1960.
4. .«Я познаю мир. Экология.», А.Е.Чижевский.2005г.