制革与毛皮加工中的污染不仅影响到皮革工业的可持续发展,而且关系到皮革工业的存亡。在皮革加工过程中,加脂剂是耗用量最大的材料之一,加脂工序中,只有部分加脂剂被皮革吸收,其余的存留于废液中形成污染物,使废水中的 BCD、ECD 增加,所以有必要对加脂剂的生物降解性进行研究。
加脂剂的主要成分为活性物(表面活性剂)、中性油脂和其它添加物。表面活性剂作为加脂剂的最重要组分对其各种性能具有显著的影响,因此研究加脂剂的生物降解性在一定意义上就是研究表面活性剂的生物降解性。
1 表面活性剂的生物降解
1.1表面活性剂的生物降解性与其结构的关系
所谓生物降解就是指某些物质在环境因素作用下结构发生变化,从对环境有害的分子逐步转化成对环境无害的小分子如(CO2、NH3、H2O等),从而引起化学和物理性质发生变化。完整的降解一般分为 H 步:
(1)初级降解,表面活性剂的母 "体结构消失,特性发生变化;
(2)次级降解,降解得到的产物 #不再导致环境污染;
(3)最终降解,底物(表面活性剂)完全转化为CO2、NH3、H2O等无机物。
表面活性剂的生物降解性与其化学结构和物理化学性质有关,其主要表现在:表面活性剂的疏水基在性质上越接近脂类,越容易被降解;直链烃基的表面活性剂在较少的处理时间内比支链或环状结构的化合物降解更快、更为完全;表面活性剂的亲水基对生物降解的趋势也有重要的影响,通常使用的非离子表面活性剂具有一个聚氧乙烯链作为亲水基,其生物降解速度和程度取决于链长,链越长则越难于生物降解;另外,疏水链呈直链较支链的表面活性剂更易降解;疏水链中含有芳香环的表面活性剂较难降解。
2003年6月出版的欧洲理事会第76\769\EEC号指令有关于限制某些有毒物质的销售、使用和制备的第26号修正案。该法案有关于壬基酚和壬基酚聚氧乙烯醚含量的限定,于2005年1月17日起正式生效,要求用于各个领域的壬基酚和
陈胜慧[2]等运用拓扑指数研究方法,证明阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐系列化合物的生物降解性与其结构及降解时间之间具有明显的相关性。
1.2阴离子表面活性剂的生物降解性
直链烷基苯磺酸盐能够很容易被降解,并且其降解产物比母体分子的毒性小。
Carolyn等[3]对含不同碳原子数(C10-C13)烷基链以及相应不同苯环取代位置的多种直链烷基苯磺酸盐进行了降解试验,结果表明,当苯环在烷基链上的取代位置一致时,随着直链烷基苯磺酸盐烷基链上碳原子数的增多,降解速率加快;而当烷基链碳原子数一定时,苯环的取代位置越靠近链尾,降解速率相对较快。
直链的伯烷基硫酸盐是具有最快初级降解速度的表面活性剂,直链仲烷基硫酸盐尽管降解速度比直链的伯烷基硫酸盐要稍慢一些,但也很容易被降解。直链的烷基磺酸盐,无论是伯烷基磺酸盐还是仲烷基磺酸盐,都很容易生物降解,但一般比直链的伯烷基硫酸盐慢一些,比直链烷基苯磺酸盐要快。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐和烷基硫酸盐具有相似的生物降解性,但脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐似乎比烷基硫酸盐要稍难降解一些,当烷链为直链时,这种差别不容易发现,但如果烷链为支链,这种差别就比较明显。烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐的衍生物因其疏水基结构的不同而具有很大的差别[4]。
酰胺醚羧酸及其盐的分子结构类似于氨基酸,因此它与人体的相容性非常好,对皮肤和粘膜无刺激、无毒,对人体不产生突变反应,是理想的化妆品原料[5]。Swisher6]对表面活性剂生物降解性与结构的关系总结了3条一般性的规律: