綠色表面活性劑

江西科技師范大學(xué)題 目 綠色表面活性劑的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展學(xué)科專(zhuān)業(yè) 化學(xué)（師范）姓 名 蔡美麗學(xué) 號(hào) 20110458指導(dǎo)教師 范叢斌老師論文完成時(shí)間：2014年6月23日綠色表面活性劑的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展蔡美麗江西科技師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 南昌330013摘要：綠色表面活性劑生物降解性好，對(duì)皮膚刺激性小，有優(yōu)良的物化性能，與其他表面活性劑配伍性好，在許多行業(yè)和領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是很有發(fā)展前景的表面活性劑。本文介紹了幾種表面活性劑的性能和應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)展進(jìn)行了概述。關(guān)鍵詞：綠色表面活性劑，環(huán)境友好，性能Abstract：Greensurfactantiseasytobebiodegraded,haslittleirritationtoskin,perfectphysicalchemicalproperties,andgoodcompatibilitywithothersurfactant,thereforeitiswidelyusedinmanyindustriesandfields,whichisakindofverypromisingsurfactant.Thispaperintroducesseveralsurfactantperformanceandapplication,andreviewsitsprogress.KeyWords:Greensurfactant;environmentallyfriendly;performance引言： 表面活性工業(yè)是精細(xì)化工行業(yè)的一個(gè)重要分支，其生產(chǎn)過(guò)程及應(yīng)用的綠色化提升至關(guān)重要［1］。表面活性劑在工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，被人們形象地稱(chēng)為“工業(yè)味精”⑵，廣泛應(yīng)用于化妝品、洗滌劑、制藥、化工等行業(yè)⑶。目前表面活性劑的合成大多以脂肪酸、脂肪醇和長(zhǎng)鏈烷基苯等石油化工產(chǎn)品為原料囹，89-96.表面活性劑在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中隊(duì)人體及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的危害。在洗滌劑中加入一定量的表面活性劑溶劑可以增強(qiáng)洗滌劑的溶解性和洗滌性，但由于這些溶劑具有一定的毒性，會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生明顯的刺激作用［5］。為了滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的保健需求，確保人類(lèi)生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展［6］，開(kāi)發(fā)對(duì)人體盡可能無(wú)毒無(wú)害及對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)污染的綠色表面活性劑勢(shì)在必行。“綠色化學(xué)”即環(huán)境友好化學(xué)、環(huán)境無(wú)害化學(xué)與清潔化學(xué)，是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消除有害物質(zhì)的生產(chǎn)和使用。它的主要特點(diǎn)是：充分利用資源和能源，采用無(wú)毒、無(wú)害的原料；在無(wú)毒、無(wú)害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少向環(huán)境排放廢物；提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實(shí)現(xiàn)“零排放”；生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康等的環(huán)境友好的產(chǎn)品。其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染。自1991年“綠色化學(xué)”概念被首次提出以來(lái)，迄今已取得了很多重要成果。特別是近幾年來(lái)，以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的環(huán)境友好技術(shù)和清潔生產(chǎn)技術(shù)已成為化學(xué)學(xué)科最引人矚目的焦點(diǎn)。在化學(xué)合成或生產(chǎn)工藝中，研究新的技術(shù)和方法、探索新的反應(yīng)條件，盡量減少和消除使用有毒有害物質(zhì)，已成為世界各國(guó)科學(xué)家的共識(shí)［7］。在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，從工藝源頭上就運(yùn)用環(huán)保的理念，推行源消減、進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化集成，實(shí)現(xiàn)廢物再利用與資源化，從而降低成本與消耗，減少?gòu)U棄物的排放和毒性，減少產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境的不良影響。綠色化工的興起，使化學(xué)工業(yè)的環(huán)境污染治理從先污染后治理轉(zhuǎn)為從源頭上進(jìn)行根治。我國(guó)表面活性劑的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展迅速。據(jù)文獻(xiàn)［8-11］報(bào)道，2008年?2011年全國(guó)表面活性劑年總產(chǎn)量分別為92.4萬(wàn)噸、119.5萬(wàn)噸、127.7萬(wàn)噸和142.4萬(wàn)噸，表面活性劑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展面臨安全性瓶頸的制約，尤其是表面活性劑產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域很多都與人民的日常生活息息相關(guān)，要實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，不僅要注重產(chǎn)品及生產(chǎn)過(guò)程的安全性，還要考慮產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)人體安全及對(duì)環(huán)境的影響，搞好行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控?；瘜W(xué)工業(yè)產(chǎn)品及制造過(guò)程的安全性的基礎(chǔ)是綠色化學(xué)與化工，表面活性劑工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也必須注重綠色化，即以綠色化工來(lái)支撐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1綠色表面活性劑的產(chǎn)生與發(fā)展表面活性劑(surfactant)是一類(lèi)重要的化工材料，具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液表面能定向排列，并能使溶液表面張力顯著下降［12］，是既含有親水基又含有親油基(或疏水基)的兩親分子［13］。表面活性劑按其在水中是否離解，可分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性，表面活性劑具有洗滌、潤(rùn)濕或抗黏、乳化或破乳、起泡或消泡、增溶、分散、防腐、抗靜電等等的功能，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。表面活性劑作為精細(xì)化工領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用，其發(fā)展水平已被視為各國(guó)高新化工技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要標(biāo)志，并成為當(dāng)今世界化學(xué)工業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)Ml。離子型表面活性劑根據(jù)溶解后的活性成分又可分為陽(yáng)離子型、陰離子型和兩性離子型15］。綠色表面活性劑是由天然的或可再生資源加工而成的，即具有天然性、溫和性、刺激性小等優(yōu)良特點(diǎn)。同傳統(tǒng)表面活性劑一樣，綠色表面活性劑具有親水基和憎水基。與傳統(tǒng)的表面活性劑相比，綠色表面活性劑具有高效強(qiáng)力去污性、優(yōu)良的配伍性及良好的環(huán)境相容性，并表現(xiàn)出良好的乳化性、洗滌性、增溶型、潤(rùn)濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。除此之外，每一種表面活性劑都有其特有的性能，因此備受廣大科學(xué)工作者的親睞。2幾類(lèi)綠色表面活性劑的性能2.1烷基聚葡萄糖苷（APG）類(lèi)最早的天然烷基寡聚糖昔存在于植物中問(wèn)。直到100多年前，APG才得以人工合成。在上世紀(jì)80年代中期，由中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院和大連理工大學(xué)開(kāi)展的長(zhǎng)鏈（C8以上）APG合成技術(shù)奠定了我國(guó)烷基糖昔的研究基礎(chǔ)，填補(bǔ)了APG的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)空白［17］，該技術(shù)是以葡萄糖和脂肪醇為原料催化劑作用下二步合成法制得APG，并在廣州、湖北等地建立中試生產(chǎn)裝置。天津界面研究所開(kāi)發(fā)了以過(guò)量糖與脂肪醇為原料直接合成高純度APG的方法，純度高達(dá)85%-90%，但仍未解決工業(yè)化問(wèn)題網(wǎng)。遼寧鞍山化工一廠(chǎng)沿用與德國(guó)Henkel公司相似的合成工藝，取得了進(jìn)一步的擴(kuò)試成功。南京金陵石化研究院有限責(zé)任公司研究院精細(xì)化工廠(chǎng)已有APG產(chǎn)品面市【19］［20］。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于APG合成領(lǐng)域的研究十分活躍。烷基多糖昔（APG）是最典型的低毒、溫和型表面活性劑，它已越來(lái)越被人們所接受，具有廣闊的發(fā)展前景。與傳統(tǒng)的表面活性劑相比，雖然其價(jià)格偏高，但優(yōu)良的物化性能使得其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，產(chǎn)量不斷增加。目前，國(guó)內(nèi)已建成萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)裝置［21］。烷基糖昔（APG）是新一代環(huán)保型綠色表面活性劑，由天然或再生資源的原料，屬新型的非離子表面活性劑，具有優(yōu)良的發(fā)泡性能、對(duì)人體刺激性小、易被生物降解等特點(diǎn)，表面張力低，去污力好，泡沫豐富細(xì)膩，配伍性強(qiáng)，與任何類(lèi)型表面活性劑協(xié)同效應(yīng)明顯，具有較強(qiáng)的廣譜抗菌活性，產(chǎn)品易于稀釋?zhuān)瑹o(wú)濁點(diǎn)、無(wú)凝膠現(xiàn)象，使用方便，而且耐強(qiáng)堿、抗鹽性強(qiáng)［22］。烷基糖昔生產(chǎn)所用原料是口服葡萄糖和脂肪醇，此產(chǎn)品由于其無(wú)毒、無(wú)刺激，將是傳統(tǒng)表面活性劑的替代產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥中間體、洗滌劑、化妝品、食品、醫(yī)藥、消防、紡織、印染、石油等工業(yè)領(lǐng)域。2.2脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）脂肪醇聚氧乙烯醍硫酸鹽（AES）是由高級(jí)脂肪醇和環(huán)氧乙烷進(jìn)行加成反應(yīng)，制得脂肪酸聚氧乙烯醍再經(jīng)硫酸化而得。AES是一類(lèi)重要的陰離子表面活性劑，它具有優(yōu)良的抗硬水性、發(fā)泡性和低溫性能，生物降解迅速，對(duì)皮膚刺激性小，與酶的配伍性好，而且溶液透明穩(wěn)定并易于被電解質(zhì)調(diào)節(jié)增加粘度［23］，因而被廣泛應(yīng)用于液體洗滌劑、低磷和無(wú)磷洗滌劑以及個(gè)人保護(hù)用品中，也是我國(guó)陰離子型綠色表面活性劑的主流產(chǎn)品。2.3脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽(AEC)近年來(lái)，由聯(lián)接基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵將雙親水基與長(zhǎng)鏈的雙疏水基團(tuán)聯(lián)接而成的雙子表面活性劑(geminisurfactant)，因其具有較高的表面活性與界面性能及耐溫抗鹽能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［24-30］。脂肪醇聚氧乙烯醍羧酸鹽(AEC)是一種性能優(yōu)良的新型綠色表面活性劑，其最顯著的特點(diǎn)在于具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和安全性。國(guó)外對(duì)脂肪醇醍羧酸鹽類(lèi)表面活性劑研究較多，且有系列化產(chǎn)品批量生產(chǎn)［31］。AEC的生物降解性好，對(duì)皮膚溫和，對(duì)眼粘膜刺激性小，對(duì)酶活性影響小，安全無(wú)毒。此外，其潤(rùn)濕性?xún)?yōu)良，去污能力超過(guò)相應(yīng)的醇醍化合物。AES在生產(chǎn)過(guò)程中生成致癌物二嗯烷，而AEC的生產(chǎn)條件溫和，無(wú)二嗯烷生成，因此AEC被認(rèn)為是AES的升級(jí)換代產(chǎn)品。2.4脂肪酸甲酯磺酸鹽(MES)MES性能溫和，對(duì)人體的刺激性及毒性低于直鏈烷基苯磺酸鹽。洗滌性好，在冷水和硬水中都能保持良好的洗滌性能，在硬水中更加顯著。但其顏色深，漂白過(guò)程中易水解成洗滌性能差的副產(chǎn)物一二鈉鹽，在堿性有水條件下熱穩(wěn)定性差，難于配方閔。2.5生物表面活性劑生物表面活性劑(biosurfactant)是微生物在代謝過(guò)程中分泌出的具有一定生物活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物⑴］。與常規(guī)表面活性劑相同，生物表面活性劑由親水基和憎水基兩部分組成，但生物表面活性劑比合成表面活性劑更具有潛在的優(yōu)勢(shì)：①可生物降解，無(wú)毒或低毒，具有良好的環(huán)境相容性；②可用工業(yè)廢物生產(chǎn)，以減少工業(yè)三廢；③具有更高的起泡性，在某些苛刻條件(如極端溫度、PH值、鹽濃度)下具有更高的選擇性和專(zhuān)一性；④結(jié)構(gòu)多種多樣，可適用于特殊領(lǐng)域。目前生物表面活性劑的應(yīng)用已經(jīng)涉及到石油、化工以及環(huán)境等眾多領(lǐng)域。最初人們對(duì)生物表面活性劑感興趣，主要是由于其具有高效、低毒、無(wú)污染，可替代化學(xué)表面活性劑等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，生物表面活性劑除具有表面活性的功能外，還具有潛在的抗菌活性，包括抗真菌、抗細(xì)菌、抗支原體和抗病毒等活性，此外還可用在免疫調(diào)節(jié)分子、粘合劑、疫苗及基因治療等方面。2.6可降解型表面活性劑可降解型表面活性劑又叫做暫時(shí)性表面活性劑或可控半衰期的表面活性劑(surfactantswithcontrolledhalf-live)，其最初的定義是：在完成其應(yīng)用功能后，通過(guò)酸、堿、鹽、熱或光的作用能分解成非表面活性物質(zhì)或變成新表面活性化合物的一類(lèi)表面活性劑。這類(lèi)表面活性劑分子極性頭部和疏水鏈之間往往含有穩(wěn)定性有限的弱鍵，該弱鍵的裂解將直接破壞分子的表面活性，也就是通常所說(shuō)的表面活性劑初級(jí)降解。按可分解官能團(tuán)的不同一般可將可降解型表面活性劑分為縮醛型和縮酮型兩類(lèi)［34］。與常規(guī)表面活性劑相比，可降解型表面活性劑具有更好的環(huán)保性能，這類(lèi)表面活性劑可以解除一些復(fù)雜情況。近年來(lái)，人們對(duì)可降解型表面活性劑的認(rèn)識(shí)已不斷深化和發(fā)展。環(huán)境影響的大小和生物降解性的快慢已逐漸成為判斷表面活性劑好壞的重要指標(biāo)。到目前為止，已有不少研究者試圖通過(guò)各種方法制備出具有可降解性的新型表面活性劑。3綠色表面活性劑的應(yīng)用3.1在洗滌劑中的應(yīng)用洗滌劑是根據(jù)要求將污垢從不同物品上洗脫下來(lái)達(dá)到清潔目的的過(guò)程。據(jù)Euromonitor公司統(tǒng)計(jì)［35］，亞太地區(qū)近年來(lái)一直領(lǐng)銜全球各地區(qū)洗滌用品市場(chǎng)，保持良好增長(zhǎng)，拉美、中東和北非也在緩慢增長(zhǎng)，而西歐和北美地區(qū)市場(chǎng)較為成熟，出現(xiàn)滯漲甚至略有下滑趨勢(shì)。脂肪酸鹽表面活性劑是重要的洗滌劑，也是目前重要的清潔劑，而肥皂是最常見(jiàn)的脂肪酸鹽陰離子表面活性劑。肥皂的缺點(diǎn)是耐硬水性能差。而用綠色表面活性劑制成的洗滌劑比傳統(tǒng)的洗滌劑具有更好的洗滌性和抗硬水性。綠色表面活性劑不管是作為主表面活性劑還是作為煮表面活性劑都有明顯的增效作用（提高發(fā)泡能力、增強(qiáng)洗滌效果、增強(qiáng)溶解性等）新］。綠色表面活性劑與傳統(tǒng)表面活性劑以一定的比例混合后，表現(xiàn)出優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)綠色表面活性劑的應(yīng)用效果。APG在餐洗液中應(yīng)用時(shí)，與相同劑量的傳統(tǒng)洗滌劑相比，洗盤(pán)數(shù)明顯增多，而且殘留量小伽。3.2在化妝品中的應(yīng)用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的化妝品膏劑不易被人體的表皮細(xì)胞吸收，對(duì)皮膚的滲透力弱。在防紫外線(xiàn)方面，為了盡可能保護(hù)皮膚，必須增加表面活性劑的添加量，而這樣會(huì)增加皮膚癌變的幾率，使皮膚產(chǎn)生過(guò)敏等不良反應(yīng)。如果把化妝品種的活性成分用一定比例的綠色表面活性劑代替，其性能將會(huì)大大地改善，既提高它的滲透性，達(dá)到穩(wěn)泡的作用，又大大降低它的刺激性，從而節(jié)約了表面活性劑的總用量。由純天然原料制成的APG具有對(duì)皮膚刺激性小。無(wú)毒性、良好的乳化性和潤(rùn)濕性等優(yōu)良性能，顯示出良好的保濕型和皮膚養(yǎng)護(hù)性。對(duì)于低刺激性的香波和嬰兒香波而言，APG是必不可少的原料。3.3在環(huán)境工程中的應(yīng)用傳統(tǒng)表面活性劑在使用過(guò)程中由于生物降解性差，具有一定的毒性，在使用后一般不被處理就被排放到環(huán)境中。由于傳統(tǒng)表面活性劑難以生物降解，形成長(zhǎng)期的殘留，嚴(yán)重地影響了環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)。而綠色表面活性劑具有優(yōu)良的生物降解性和物化性能等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了綠色表面活性劑適合于環(huán)境工程領(lǐng)域。如：為了消除土壤中有機(jī)污染物，可用綠色表面活性劑使使土壤中的有機(jī)污染物分散、增溶、乳化，使污染物在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物降解，甚至完全消失。APG的生物降解性良好［38］，在廢水廠(chǎng)模擬生物降解實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了0ECD（歐洲共同經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）的要求。在生態(tài)學(xué)方面，APG對(duì)周?chē)鷦?dòng)、植物的毒性很低，在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的危害也很小。3.4在農(nóng)藥加工中的應(yīng)用農(nóng)藥水基質(zhì)劑的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)表面活性劑的應(yīng)用。水基質(zhì)劑的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)表面活性劑的應(yīng)用。一方面，大量的表面活性劑的應(yīng)用給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)潛在的危害，如傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型中常用的烷基酚聚氧乙烯醚（NP）渺］系列表面活性劑的生物降解率僅為0%?9%，且降解產(chǎn)物烷基酚毒性更大，連續(xù)使用會(huì)造成土壤的累積性污染，影響土壤酸堿性，導(dǎo)致肥效下降。另一方面，表面活性劑的生產(chǎn)往往需要大量的合成化學(xué)品，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生較多的副產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境造成危害［4。］。綠色表面活性劑表現(xiàn)出很好的界面性能，對(duì)提高農(nóng)藥生物活性，減少用藥量，降低成本，減輕對(duì)環(huán)境的污染有重要作用。綠色表面活性劑大多來(lái)源于生物材料，作為乳化劑又可作用于生物材料，這對(duì)于化工原料的合理使用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。因此，如何改進(jìn)配方，以綠色表面活性劑取代傳統(tǒng)表面活性劑在農(nóng)藥加工中的應(yīng)用，是今后環(huán)保農(nóng)藥制劑發(fā)展的指導(dǎo)方向。3.5在制藥工業(yè)中的應(yīng)用傳統(tǒng)表面活性劑在制藥工業(yè)中應(yīng)用時(shí)的缺點(diǎn)表現(xiàn)為配伍性和潤(rùn)濕性差，并且會(huì)與藥品中的其他成分作用而危害人體。綠色表面活性劑無(wú)毒、低刺激性，不會(huì)與藥劑中的其他成分作用對(duì)人體產(chǎn)生副作用，而且與藥物具有良好的配伍。綠色表面活性劑可在微乳劑和氣霧劑中做乳化劑，在片劑和丸劑中做潤(rùn)濕劑，用于生物膜模擬及藥物科學(xué)中，能夠?qū)λ幬镞M(jìn)行靶向定位。3.6在食品行業(yè)的應(yīng)用APG作為乳化劑、防腐劑、發(fā)泡劑、分散劑、潤(rùn)濕劑、增稠劑、消泡劑等用于食品加工，可有效地改善食品的組織結(jié)構(gòu)、感官性質(zhì)、口感等。如在冰激凌中加入APG作為乳化劑，使空氣容易滲入形成細(xì)密的空隙而增大體積，使冰激凌的性質(zhì)穩(wěn)定，且口感細(xì)膩［41］。3.7在其他方面的應(yīng)用在紡織業(yè)中，綠色表面活性劑可作為紡織品柔軟劑，用于棉紗線(xiàn)的煮練和染色等工序中，具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性、乳化性、凈洗性及分散性。在絲光和柔軟整理中使用，可使處理后的織物滑爽、色澤鮮艷、柔軟豐滿(mǎn)，使用效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)表面活性劑;在造紙業(yè)中，可用作符合消泡劑；在合成劑中，可用作乳化劑、分散劑和穩(wěn)定劑。4綠色化制備工藝的研究與開(kāi)發(fā)墮,43］4.1綠色化工設(shè)計(jì)理念化工過(guò)程中的問(wèn)題要涉及到從分子工程到化學(xué)工程的所有知識(shí)，因此化工過(guò)程設(shè)計(jì)追求技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)性的高度統(tǒng)一。根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在環(huán)境影響方面，常常在工藝方案確定后才考慮“三廢”處理問(wèn)題。后來(lái)，改為在對(duì)工藝流程集成優(yōu)化時(shí)將環(huán)境作為約束條件來(lái)處理。這些設(shè)計(jì)理念都不符合綠色化工的發(fā)展方向。應(yīng)根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的要求，將環(huán)境、健康、安全與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)等同考慮，才能實(shí)現(xiàn)綠色化工的目標(biāo)?？傊?，成功的化工設(shè)計(jì)應(yīng)遵循原料綠色化、化學(xué)反應(yīng)綠色化、催化劑與溶劑綠色化、產(chǎn)品綠色化的原則，追求經(jīng)濟(jì)和環(huán)境及資源等多目標(biāo)優(yōu)化。2.2制備工藝綠色化設(shè)計(jì)綠色化工的研究?jī)?nèi)容不僅涉及原料和終端產(chǎn)品的綠色化，而且還必須兼顧工藝選擇及優(yōu)化、相關(guān)成本控制、能耗和安全等方面的要求。化工產(chǎn)品制造工藝的綠色化是“綠色化工”的核心，其主要內(nèi)容包括綠色原料的選取、制備工藝路線(xiàn)的優(yōu)化及產(chǎn)品純度的提高等方面。2.2.1采用原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程零排放為了從源頭上控制化工污染的發(fā)生，應(yīng)選擇合理的化學(xué)合成途徑，考慮和比較不同途徑的原子利用率。理想的原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是：原子轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的零排放。因此，原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)有利于資源利用和環(huán)境保護(hù)［44］。原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)該類(lèi)反應(yīng)可為綠色化工奠定良好的基礎(chǔ)。表面活性劑工業(yè)中一些類(lèi)型的反應(yīng)符合原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)的定義，即幾種原料加和成產(chǎn)品而沒(méi)有副產(chǎn)物生成。例如：1） 烷氧基化反應(yīng)，包括乙氧基化和丙氧基化是典型的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)性5］［46］。傳統(tǒng)的烷氧基化反應(yīng)需要一種具有活潑氫的原料和環(huán)氧烷反應(yīng)，如脂肪醇、脂肪胺以及脂肪酸等。近幾年開(kāi)發(fā)的插入式烷氧基化催化劑使得環(huán)氧烷和無(wú)活潑氫的分子如甲酯、天然油脂等進(jìn)行加成反應(yīng)，大大擴(kuò)展了這一類(lèi)反應(yīng)的應(yīng)用范圍并開(kāi)發(fā)出了一系列新的產(chǎn)品。這是表面活性劑行業(yè)取得的重大技術(shù)進(jìn)步之一。2） 磺化反應(yīng)［47］。在SO3氣體作為磺化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化之前，制備磺酸鹽（硫酸鹽）類(lèi)表面活性劑要用到氯磺酸、發(fā)煙硫酸等，會(huì)產(chǎn)生污染嚴(yán)重的廢物，制約行業(yè)發(fā)展。后來(lái)開(kāi)發(fā)的SO3氣體磺化工藝實(shí)現(xiàn)了磺化反應(yīng)的“原子經(jīng)濟(jì)”化，被磺化物和SO3反應(yīng)而不產(chǎn)生廢物，奠定了大宗陰離子表面活性劑生產(chǎn)的基礎(chǔ)。3） 氧化反應(yīng)。如脂肪醇醚在Pd/C催化劑作用下和O2直接反應(yīng)生成醇醚羧酸。雖然該氧化反應(yīng)在生成醇醚羧酸的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一分子的水，不完全符合原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)的嚴(yán)格定義，但生成的水不需要分離出來(lái)，因此總體來(lái)看反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有產(chǎn)生排放。與傳統(tǒng)的氯乙酸鈉工藝相比，直接氧化工藝的過(guò)程符合清潔生產(chǎn)的特征，且產(chǎn)品中無(wú)氯乙酸鈉殘留，實(shí)現(xiàn)了工藝過(guò)程和產(chǎn)品的雙綠色化。因此，這也是一條非常值得開(kāi)發(fā)的清潔生產(chǎn)工藝路線(xiàn)。2.2.2減少反應(yīng)步驟，縮短工藝流程，減少過(guò)程排放根據(jù)綠色化工的設(shè)計(jì)理念對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到低成本、高效益、低排放的目標(biāo)，促進(jìn)表面活性劑工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在這方面，比較典型的例子是脂肪胺制備工藝路線(xiàn)的改進(jìn)。1）脂肪醇一步法制備叔胺替代傳統(tǒng)的脂肪酸法工藝醇法路線(xiàn)：油脂…甲酯…脂肪醇…叔胺；酸法路線(xiàn)：油脂f脂肪酸f脂肪月青f伯胺f叔胺。醇法工藝路線(xiàn)比酸法工藝路線(xiàn)少了一步反應(yīng)，而且在醇的胺化制備叔胺的反應(yīng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生排放。而酸法路線(xiàn)除工藝路線(xiàn)多一步之外，在伯胺轉(zhuǎn)化成叔胺的一步反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的排放問(wèn)題，要進(jìn)行治理又會(huì)極大地提高生產(chǎn)成本。因此，目前酸法制備叔胺的路線(xiàn)已經(jīng)被淘汰，國(guó)內(nèi)工業(yè)化的叔胺裝置都已采用醇法路線(xiàn)進(jìn)行生產(chǎn)。2）油脂一步制備脂肪青替代酸法制備脂肪青采用油脂一步法制備脂肪青和采用酸法制備脂肪青的工藝工程如圖1。油脂一步法制備脂肪青工藝路線(xiàn)縮短了流程，生成的甘油濃度高，蒸餾精制能耗低。而酸法工藝的路線(xiàn)長(zhǎng)，產(chǎn)生的甘油為濃度很低的甜水，需要再消耗大量的熱進(jìn)行精制。兩種工藝路線(xiàn)相比，油脂一步法制備脂肪月青的工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)加大開(kāi)發(fā)的力度。3）脂肪腈一步法制叔胺如上所述，傳統(tǒng)的由脂肪青制備叔胺的路線(xiàn)為青加氫生成伯胺，伯胺再甲基化生成叔胺。最后一步對(duì)環(huán)境影響嚴(yán)重。一條潛在的替代路線(xiàn)是脂肪青在Pd/C催化劑作用下和二甲胺直接反應(yīng)生成叔胺。該反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模已初步證明可行，但還存在催化劑壽命較短等問(wèn)題，有待進(jìn)一步深入研究與開(kāi)發(fā)。2.2.3采用無(wú)毒無(wú)害原料，提高制造過(guò)程及產(chǎn)品的安全性原料的綠色化是保證產(chǎn)品綠色化的前提條件，典型的例子是用碳酸二甲酯替代硫酸二甲酯或氯甲烷作為季銨化劑制備季銨鹽。傳統(tǒng)的季銨化劑硫酸二甲酯為極毒原料，氯甲烷也有很大毒性且在常壓下為氣態(tài)，具有爆炸的危險(xiǎn)，在使用過(guò)程中有很大的安全隱患，而且硫酸二甲酯還可能在產(chǎn)品中有殘留。而碳酸二甲酯則為安全無(wú)毒的綠色化化工原料。因此，用碳酸二甲酯替代硫酸二甲酯或氯甲烷，可以完全避免制造過(guò)程和產(chǎn)品的安全性問(wèn)題t48］o從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，離子液體及CO2超臨界萃取等綠色化溶劑都有可能應(yīng)用于表面活性劑的制備及提純中，提高工藝過(guò)程的安全性，減小污染排放，做到環(huán)境友好。5結(jié)論面活性劑品種在一定時(shí)期內(nèi)還具有不可替代的角色，而且像脂肪醇這種大宗原材料已經(jīng)在逐漸脫離石油基產(chǎn)品的束縛，向更加綠色的天然醇方向邁進(jìn)的］o資源的緊缺以及人類(lèi)保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，將進(jìn)一步推動(dòng)了綠色表面活性劑工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，世界表面活性劑市場(chǎng)呈穩(wěn)定而緩慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)，更多新型、性能優(yōu)良、易生物降解、高效、安全的表面活性劑出現(xiàn)，會(huì)給人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)注入活力［50］。未來(lái)表面活性劑工業(yè)發(fā)展趨向主要是：（1）提高表面活性劑的生物降解性。表面活性劑的可生物降解性將成為未來(lái)表面活性劑發(fā)展的重要方向，生命周期評(píng)價(jià)也將成為表面活性劑綠色化過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo)。（2）大力開(kāi)發(fā)和利用天然可再生資源。開(kāi)發(fā)和利用天然脂肪醇、糖類(lèi)、淀粉等原料制備表面活性劑，可最大限度的降低表面活性劑中的有害物質(zhì)，使其符合生態(tài)和環(huán)保要求。（3）反應(yīng)過(guò)程的綠色化。采用綠色原料、催化劑、溶劑以降低表面活性劑在制備過(guò)程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。（4）表面活性劑的功能性和有效性。開(kāi)發(fā)和制備一批具有高效功能性的表面活性劑，具有重要的意義。但是在研究和開(kāi)發(fā)綠色表面活性劑的使用力度，促使我國(guó)綠色表面活性劑事業(yè)實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)我國(guó)其他行業(yè)的快速發(fā)展。在工業(yè)和日常生活中，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)表面活性劑的應(yīng)用提出了新的要求：諸如烷基苯、脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺這些老的表參考文獻(xiàn)王濤，李峰，張國(guó)華.表面活性劑的綠色化學(xué)發(fā)展[J].ChinaCleaningIndustry,2013.7(6)：24王正武，李干佐,張笑一，等.表面活性劑降解研究進(jìn)展[M].山東大學(xué)膠體與界面化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2011;32-36.劉俊莉，馬建中，鮑艷.綠色表面活性劑的研究進(jìn)展[J].皮革科學(xué)與工程，(2010),20(3):34-38.張廣友，張晉康，黃希壩.松香為原料表面活性劑的合成及發(fā)展趨勢(shì)】J].林產(chǎn)化學(xué)與業(yè)，1993,13(1):葉金鑫.表面活性劑與環(huán)境保護(hù)[M].浙江工程學(xué)院,2012:42-46.張高勇，李秋小.中國(guó)表面活性劑工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思考[M].中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院,2012.陳軍.低碳時(shí)代綠色化學(xué)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[J].經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊，2010(12):178-179.程寧.2008年度全國(guó)表面活性劑原料及產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)統(tǒng)計(jì)分析[J].日用化學(xué)品科學(xué),2010,33(1):5-7.程寧.2009年度全國(guó)表面活性劑原料及產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)統(tǒng)計(jì)分析[J].日用化學(xué)品科學(xué),2010,33(10):13-14.程寧.2010年度全國(guó)表面活性劑原料及產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)統(tǒng)計(jì)分析[J].日用化學(xué)品科學(xué),2011,34(4):1-3.程寧.2011年度全國(guó)表面活性劑原料及產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)統(tǒng)計(jì)分析[J].日用化學(xué)品科學(xué),2012,35(11):13-15.馬建中，卿寧，呂生華，等.皮革化學(xué)品[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008:44-46.趙秋瑾，徐寶財(cái)，趙莉.表面活性劑的性能與應(yīng)用(II)——表面活性劑的反膠束及其應(yīng)用 [J].日用化學(xué)工業(yè).2014.2(2):66房菲，房存金.淺談綠色表面活性劑及其應(yīng)用[J].科技資訊,2009(7):20-21.李文安.綠色表面活性劑的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,35(19):5691-5692.徐天生.烷基糖苷的性能及其在牙膏中的應(yīng)用[J].口腔護(hù)理用品工業(yè),2010,20(6):21-23.黎四芳，吐松.一步法制備烷基糖苷的工藝研究[J].廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,47(1):75-78.卞麗華，倪慧瓊.酶催化合成烷基糖苷的研究進(jìn)展[J].安徽化工,2012,38(1):19-22.劉蕤.新型表面活性劑——烷基糖苷的合成[J].化學(xué)工程師，2009(4):15-17.趙振新.烷基葡糖苷的合成研究進(jìn)展[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,17(1):35-39.王濤，李峰，張國(guó)華.表面活性劑的綠色化學(xué)發(fā)展[J].ChinaCleaningIndustry.2013.7(6)：24夏良樹(shù)，陳仲卿，聶長(zhǎng)明.新型表面活性劑烷基糖苷的合成實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2014,21(1):21-24.黃紅周.中國(guó)表面活性劑工業(yè)可實(shí)施的綠色表面活性劑新產(chǎn)品[J].精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品,201215(16):2-3.李杰，劉建峰，田嵐，等.磺酸鹽型二聚表面活性劑的合成研究進(jìn)展】J].化學(xué)工程師，2013，214(7)：41-51.ZanaR,XiaJiding.GeminiSurfactants:Synthesis,InterfacialandSo-lution-PhaseBehavior，andApplications[M].NewYork：MarcelDekker,Inc,2004.李杰，田嵐，吳文祥，等.磺酸鹽型低聚表面活性劑的合成研究進(jìn)展】J].化工進(jìn)展，2013,32(6)：1385-1394.李杰，陳巧梅，佟威，等.樹(shù)枝狀季銨鹽型低聚表面活性劑對(duì)N80鋼在鹽酸溶液中的緩蝕性能[J].材料保護(hù)，2011，44(4)：28-33.吳文祥，尹璐，李杰，等.磺酸鹽Gemini表面活性劑在油砂表面的吸附性能研究】J].化學(xué)工程師，2013,218(11)：11-13.MingjianCai,MingjieZhang,PenggaoMa,etal.SynthesisandAp-plicationsofAlkylbenzeneSulfonateGeminiSurfactants[J].JournalofDispersionScienceandTechnology,2010,31(12):1633-1637.Yong-junGuo,Jian-xinLiu,Xin-mingZhang,etal.SolutionProper-tyInvestigationofCombinationFloodingSystemsConsistingofGemini-Non-ionicMixedSurfactantandHydrophobicallyAssoci-atingPolyacrylamideforEnhancedOilRecovery[J].Energy&Fuels,2012,26(4):2116-2123.EMVarka1，ECoutoul