Одна из наиболее актуальных проблем на сегодня - защита окружающей среды от различных загрязнений - отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. К главным источникам загрязнений имеют непосредственное отношение предприятия службы быта, например прачечные, использующие моющие средства, важнейшими из которых являются синтетические моющие средства (СМС). Рецептуры современных СМС представляют собой сложные смеси различных веществ. Основная составная часть CMC - органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей и пенообразующей способностью. Совокупность этих свойств обусловливает их моющее действие. Для усиления моющего эффекта поверхностно-активных веществ в состав синтетических моющих средств входят щелочные и нейтральные электролиты, алкилоламиды, карбоксиметилцеллюлозу и др. Полезными добавками являются отбеливающие вещества (перекисные соли, оптические отбеливатели).
Отработанные стоки прачечных, сбрасываемые в канализацию, содержат все химические соединения, входящие в состав СМС, а также загрязнения (переходящие в процессе стирки с очищаемой поверхности одежды грязевые частицы - сажа, различные минерально-масляные и жировые загрязнения, волокна стираемых изделий). В зависимости от вида и количества щелочных солей, входящих в состав СМС, рН сточных вод составляет 7-10 ед. Таким образом, стоки прачечных сложны по составу, имеют щелочную среду и в значительной степени загрязнены органическими веществами, ПАВ и грязевыми частицами.
Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость (перевариваемость) в сточных водах микроорганизмами, так как фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств обозначенных веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.
Используемое для очистки сточных вод от загрязняющих их примесей оборудование, принцип работы которого основан на традиционных способах механической и физико-химической обработки, часто оказывается недостаточно результативным по разным причинам. Поэтому разработка и внедрение высокоэффективного оборудования, а также технологических приемов, позволяющих очищать сточные воды до требуемых параметров, является актуальной задачей в технологии водоочистки. В настоящее время наиболее рациональными и достаточно эффективными способами очистки можно назвать сочетание электрохимических и сорбционных процессов.
СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 - 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.
Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.
В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник - человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в нашей стране пока нет технологии позволяющей в требуемой степени очищать стоки от фосфатов. Неочищенные стоки, после очистных сооружений, сливаются в реки.
Литкина В.Ю. 1
1 Муниципальное Общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №25 им.Героя Советского Союза Остаева А.Е,
Дзагоева Р.Т. 1
1 Муниципальное Общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №25 им.Героя Советского Союза Остаева А.Е
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Более двадцати лет назад моющие средства выпускались на Бурное развитие химической промышленности в последние десятилетия и вместе с тем рост потребностей и запросов современного человека привели к резкому увеличению выпуска продукции бытовой химии. В настоящее время в мире производится ежегодно около 30 млн. тонн товаров бытовой химии, а к концу нашего столетия эта цифра возрастет, вероятно, в 4-5 раз! химических заводах, количество их было гораздо меньше. Раньше посуду мыли содой или хозяйственным мылом. В некоторых населенных пунктах для стирки белья и других целей использовали древесную золу. Ее смешивали с водой, отстаивали и осветленный раствор использовали для стирки белья, посуды и многого другого.
Мы уже не можем представить свою жизнь без моющих средств, ведь без них было бы намного труднее справиться с мытьем посуды, полов и многого другого. Обилие моющих средств в наше время привлекает людей внешним видом и выгодной рекламой, но не многие интересуются их составом, свойствами. Большинство людей не задаются вопросом «какая польза или вред от того или иного средства?»
В каждом доме есть синтетические моющие средства. В состав большинства входит активный хлор. Мне известны данные, в которых сказано, что активный хлор не только наносит вред чистящим поверхностям, но и отрицательно влияет на слизистые оболочки и дыхательные пути.
Синтетические моющие средства выпускаются в различных агрегатных состояниях: аэрозоли, пасты, порошки и так далее. Кажущиеся безобидными стиральные порошки мировая наука давно классифицировала как наиболее опасные химические вещества, которые наносят вред окружающей среде и особенно здоровью человека.
Мыло и сода до недавнего времени считались основными моющими средствами. Сода смягчает воду и делает раствор более щелочным. Для смягчения воды применяли также тринатрийфосфат, а при стирке шерстяных тканей - нашатырный спирт.
Противоречивы и мнения ученых о влиянии на здоровье человека СМС
Множество аргументов, говорящих о пользе СМС было получено у ученых:
Не обязательно умягчать воду перед стиркой
Намного легче стирать СМС, чем жировым мылом
При комнатной температуре хорошо распадаются в воде
Активные вещества быстро разрушают грязь, фиксируя ее путем распада
Было замечено, что с помощью синтетических моющих средств можно стирать даже в морской воде.
Положительные качества можно перечислять еще долго, но теперь можно взглянуть на обратную сторону медали. Есть множество данных о том, какой вред наносят СМС на организм человека: у многих химические вещества из обычных стиральных порошков и жидкостей вызывают аллергию, раздражения кожи и слизистой глаз.
Недавно, учеными американского химического общества было доказано, что одной из причин появления рака могут стать СМС, ведь при очистке воды они не смываются полностью. Еще одним открытием стало то, что в организме млекопитающих поверхностно-активные вещества (ПАВ) в воде имитируют женские гормоны, увеличивая риск импотенции у мужчин и рака молочной железы у женщин. Я считаю, что мой проект актуален. Использование СМС часто вредит нашему здоровью, но без них бы тоже не можем обойтись.
Я решила провести опрос среди учителей и учеников моей школы № 25, чтобы узнать какие средства используют чаще, и проанализировать, чем обоснован их выбор. В качестве гипотезы было выдвинуто предположение о том, что если знать информацию о составе и свойствах моющих средств, то можно избежать проблем со здоровьем.
Цель работы - исследование синтетических моющих средств.
Для проверки гипотезы были поставлены и решены задачи:
Выяснить состав моющих средств.
Изучить химические особенности моющих средств и принцип их действий.
Выявить эффективность и безопасность синтетических моющих средств.
Провести социологический опрос с целью выявления наиболее популярных средств для мытья посуды, личной гигиены, стиральных порошков, сортов мыла.
Провести научный эксперимент, чтобы определить влияние СМС на окружающую среду.
Методы исследования
1.Социальный опрос
2. Научный эксперимент.
Основная часть
СМС (Синтетические моющие средства)- детергенты (от англ. Deterge- очищать)- разнообразные композиции неорганических и органических химических соединений.
Как правило, в современные CMC могут вводить два или несколько поверхностно-активных веществ. Так, моющие средства могут содержать одновременно неионогенные вещества, алкилсульфаты и сульфанол, а в некоторых случаях мыло. Средства, содержащие несколько поверхностно-активных веществ, как правило, лучше отстирывают белье.
Чтобы разрушить жировые загрязнения в моющие средства добавляют щелочи. В качестве щелочных добавок вводят соду и соль кремниевой кислоты.
Одними из важнейших добавок являются полифосфаты.
Триполифосфат натрия (как правило их вводят в СМС пастообразной и порошкообразной формы)
Триполифосфат калия или двойная соль триполифосфата (входит в состав жидких CMC).
Отсюда можно сделать вывод, что триполифосфаты умягчают воду, а также повышают моющую способность почти всех поверхностно-активных веществ. Благодаря триполифосфатам современными CMC можно стирать даже в морской воде.
Находящиеся в воде соли магния и кальция образуют со всеми поверхностно-активными веществами (включая мыло) нерастворимые в воде соединения и оседают на белье. Именно поэтому белье приобретает сероватый оттенок и становится жестким. Полифосфаты с солями кальция и магния образуют растворимые в воде соединения. Но для этого в моющем растворе их должно быть достаточно много. Поэтому при стирке в жесткой воде в стиральный раствор надо добавлять больше моющих средств, чем указано на упаковке.
Для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей в некоторые средства добавляют химические отбеливатели, которым в большинстве случаев служит перборат натрия. Это соединение выделяет кислород при достаточно высокой температуре (выше 65 °С), в результате который окисляет и обесцвечивает органические соединения, одновременно дезинфицируя изделие. Отсюда можно сделать вывод, что стирать этими средствами цветное белье можно лишь при пониженной температуре, ниже 65 °С, при которой начинает действовать отбеливатель.
непрочность краски или природа волокон ткани вынуждает стирать только при низких температура например при 30-45°С, для дезинфекции белья применяют повторную его обработку раствором гипохлорита натрия. Точно таким же образом поступают, если хотят не только продезинфицировать белье при холодной стирке, но и одновременно провести более глубокое отбеливание белых вещей.
Очень трудно отстирываются загрязнения белкового происхождения (кровь, яичный белок, некоторые соусы и др.). Их можно удалить только специальными стиральными средствами, которые содержат ферменты (энзимы) - вещества биологического происхождения. За определенное время и при условии, что температура раствора не превышает 40°С, ферменты разрушают белки. Поэтому после замачивания грязного белья в растворах моющих средств, содержащих ферменты, белковые загрязнения легче удаляются при стирке. Но еще можно использовать холодную воду при смывании белкового загрязнения. Если вы видите на упаковке надпись с приставкой «био» то вы должны знать, что такие средства обязательно содержат различные ферменты. Замачивать белье в таких CMC надо обязательно при невысокой температуре - не выше 35-40 °С.
Кроме указанных веществ CMC могут содержать еще многие другие полезные добавки. Например, флуоресцирующие вещества(белые красители) добавляют для того, чтобы белье стало белоснежным, ведь они способны поглощать свет в ультрафиолетовой части спектра и излучают его в голубой. Чтобы у выстиранного белья был приятный запах, во все моющие средства вводят парфюмерные отдушки. Желательно растительного производства.
Некоторые вещества способствуют образованию в моющем растворе обильной пены; обычно рассчитаны для ручной стирки. Стабилизаторами пены служат обычно алкилоламиды. Некоторые хозяйки считают, что чем больше пены, тем лучше моющее средство. Мне кажется, что это всего лишь выдумка, ведь такое представление сложилось с тех времен, когда для стирки употребляли только мыло. Обилие пены не определяет моющую способность синтетических моющих средств.
Более того, есть поверхностно-активные вещества, которые без пены прекрасно снимают загрязнения. Пена, на мой взгляд, нужна лишь при ручной стирке вещей из тонких тканей, вязаных вещей и некоторых других, которые стирают, не смачивая сильно, чтобы при сушке они не потеряли формы. Обильная и устойчивая пена в моющих растворах выводит из строя саму машинку и приводит к износу белья. Мы уже говорили о том, насколько важно, чтобы грязь, перешедшая в стиральный раствор, оставалась в нем до конца стирки, не оседая на белье. Это обеспечивают поверхностно-активные вещества, однако для усиления эффекта в моющие средства для хлопчатобумажных и льняных тканей вводят еще дополнительный компонент - карбоксиметилцеллюлозу.
Существуют и другие функциональные добавки: стабилизаторы разложения химического отбеливателя, гидротропы - вещества, улучшающие растворимость компонентов, комплексоны - вещества, связывающие соли железа, а также соли кальция, магния и других металлов и т.д.
Классификация СМС.
В настоящее время для стирки выпускается широкий ассортимент различных средств. Их можно сгруппировать следующим образом.
I группа - средства для стирки: универсальные; используются для стирки различных тканей и предварительного замачивания белья.
II группа- средства комплексного действия, с помощью которых можно одновременно со стиркой, например, подкрасить или продезинфицировать вещи; эти средства предназначены обычно для ручной стирки.
III группа - отбеливатели; они удаляют с белья загрязнения, которые остались после стирки, а также отбеливают белье.
В IV группу входят подсинивающие средства.
V группа - средства для антистатической обработки, они применяются при последнем полоскании выстиранных изделий из капрона, найлона, ацетатного волокна и шерсти. После такой обработки на изделиях не накапливаются при носке электрические заряды.
VI группа - мягчители; они также используются при последнем полоскании изделий и придают тканям из хлопка, льна и вискозных волокон мягкий гриф - приятное ощущение бархатистости. После этой обработки ткань хорошо гладится.
VII группа - аппретирующие средства. Ими пропитывают ткани после стирки. В эту группу входят средства для подкрахмаливания, фиксации складок и гидрофобизирования тканей; последние придают тканям водоотталкивающие свойства.
Проведение социального опроса
Я провела опрос среди учеников и учителей, раздав им анкеты с вопросами, на которые нужно было ответить.
Какое средство вы используете для мытья посуды? Почему?
Каким мылом вы пользуетесь? Почему? Какой марке вы отдаете предпочтение?
На что вы обращаете внимание, когда покупаете моющие средства?
Что вам известно о составе моющих средств?
Каким средствам вы отдаете предпочтение для личной гигиены?
Результаты опроса
Большинство участников дало предпочтение моющему средству AOS, так как оно лучше отмывает любые загрязнения.
Из опрошенных мною людей, большинство используют твердое мыло, потому что жидкое мыло невозможно полностью смыть с рук.
В данном вопросе мнение людей разделилось, 50% пользуется гелем для душа. 35%- твердое мыло. 15% использует жидкое мыло.
Более 73 % процентов опрошенных людей ничего не знают о СМС и примерно 30% имеют общие представления.
Многие не представляют, какой вред несут за собой моющие средства.
Научный эксперимент.
Я провела эксперимент на трех стеблях крапивы. Поставив их в три разных стакана.
С обычной водой
С добавлением обычного твердого мыла
С добавлением домашнего мыла
На 1 фотографии прошло всего лишь 15 минут после того, как я поставила стебли с корневой системой в стаканы. Во 2-ом и 3-ем стакане мы можем заметить явную реакцию растений на синтетические моющие средства.
фотография 1
На 2-ой фотографии прошло 5 дней, с момента начала эксперимента. Здесь я могу отметить, что в 3-ем стакане листья пожелтели сильнее, чем в 2-ом. пожелтевшие листья. Это может быть связано с тем, что хозяйственное мыло предназначено для стирки содержит щелочь, а в 3-е мыло предназначено для мытья рук и может содержать масла для восстановления кожного покрова. Стебель, оставшийся в1-ом стакане, остается неизменным.
Фотография 2
На 3-ей фотографии прошла неделя после начала эксперимента. Мы можем уже во всех стаканах крапива начала желтеть, но во 2-ом и 3-ем стаканах их намного больше.
Фотография 3
На последней фотографии прошло две недели. Тут мы можем заметить пожелтевшие листья на всех трех ростах, но в первом стакане они незначительны по сравнению с остальными двумя.
Из проведенного мною эксперимента можно сделать вывод, что синтетические моющие средства плохо влияют на зеленые ростки крапивы. Из-за веществ, которые входят в состав СМС, растения начинают погибать быстрее, чем в обычной среде. Следовательно, детергенты пагубно влияют на всю окружающую среду в целом.
Вывод
В результате проведенной мной исследовательской работы я сделала вывод, что моющие средства, конечно, облегают труд и их очень легко найти. Каждое средство уникально по своему и прежде чем ими пользоваться нужно изучить состав, который написан на этикетках. А так же соблюдать инструкцию по их применению. Благодарю вас за терпение и ваше внимание на мое выступление. Надеюсь на то, что примите во внимание мою работу и будете соблюдать все правила изложенные мною выше. Как говорил Уильям Шекспир: «Здоровье дороже золота!» До свидания!
Используемые материалы:
«Химия для вас» А.М. Юдин, В.Н. Сучков, Ю.А. Коростелина
«Химия в быту» А.М. Юдин, В.Н. Сучков
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На тему: "Влияние синтетически х моющих средств на окружающую среду и живые организмы ".
Ученицы 11 класса
Казновской Валерии
Содержание
- 1.1 История возникновения моющих средств
- 1.4 Загрязнение окружающей среды
Глава 1. Теоретическое обоснование проблемы
1.1 История возникновения моющих средств
Самое простое моющее средство, было получено на Ближнем Востоке более 5 000 лет назад. Скорее всего, оно было открыто по чистой случайности, когда над костром жарили мясо, и жир стек на золу, обладающую щелочными свойствами. Взяв в руки горсть этого простейшего мыла, древний человек обнаружил, что оно легко растворяется в воде и смывается вместе с грязью. Поначалу оно использовалось главным образом для стирки и обработки язв и ран. И только с I века н.э. человек стал мыться с мылом. Несмотря на то, что наступила эпоха СМС, мыло еще полностью не сдало свои позиции: его рекомендуется использовать для ручной стирки изделий из хлопчатобумажных и льняных тканей.
Производство мыла имеет давнюю историю, а вот первое синтетическое моющее средство появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось для промышленного использования, бытовые синтетические моющие средства, более менее безвредные для рук, стали выпускать в 1935 году. С тех пор был разработан целый ряд синтетических моющих средств (CMC) узкого назначения, а их производство стало важной отраслью химической промышленности.
1.2 Понятие синтетически моющих средств и классификация
Синтетически моющие средства (CMC, детергенты), многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей-тканей, волокон, металлов, стекла, керамики. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды.
По товарной форме синтетические моющие средства разделяют на сыпучие (порошкообразные, хлопьевидные), пастообразные, жидкие и кусковые; по назначению на бытовые и технические назначения; по сфере применения и специфике отмываемого субстрата на универсальные средства для стирки, средства для машинной стирки сильно загрязненного белья, стирки изделий из тонких, чувствительных к повреждению и усадке тканей, стирки и отбеливания с кипячением, для предварительного, замачивания, средства с ферментами для низкотемпературной стирки, средства с противоусадочным, мягчительным, антистатическим, освежающим цвет или иным эффектом, специальные синтетические моющие средства для детского белья и т.д.
При составлении рецептур синтетических моющих средств часто используют сочетания 2-3 ПАВ синергетиков, различающихся растворимостью, устойчивостью к солям жесткости и моющей эффективностью в отношении твердых, жировых и белковых загрязнений. Кол-во ПАВ различных типов в синтетических моющих средствах достигает 35% по массе.
Хорошее моющее действие анионных и неионогенных ПАВ обычно достигается в щелочной области рН и в присутствии различных электролитов. Практически все порошкообразные синтетические моющие средства содержат минеральные соли, из которых наиболее применяемы фосфаты: триполисфосфат Na, тринатрийфосфат, и др., способные образовывать комплексы с поливалентными катионами. В жидких рецептурах преим. используют тринатрийфосфат, триполисфосфат Калия и хлорированный тринатрийфосфат (в дезинфицирующих моющих средствах для посуды), в ферментсодержащих - небольшое кол-во солей Са или Mg. Полностью или частично функцию фосфатов в синтетических моющих средствах могут выполнять комплексоны - Na-соли нитрилотриуксусной кислоты (трилон А) и этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б), соли этилидендифосфоновой и лимонной кислот (см. Комплексоны), а также цеолиты. Использование эффективных заменителей фосфатов в синтетических моющих средствах весьма актуально в связи с загрязнением водоемов биогенными элементами. Кол-во комплексообразователей в синтетических моющих средствах составляет до 40% по массе.
Классификация СМС
Синтетические моющие средства представляют собой составы на основе синтетических моющих веществ. Обычно они содержат 10-40% синтетических моющих веществ и добавки, повышающие моющую способность средства, обеспечивающие их выпуск с учетом свойств отстирываемых материалов. Анализ изученной литературы позволил разделить моющие средства:
по назначению, консистенции;
по видам моющего вещества;
По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие. Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст. Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т.д. Выпуск жидких средств будет увеличиваться. Их изготовление проще и дешевле (отпадает процесс сушки), они не пылят, подобно порошкам, легче дозируются.
В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. Содержание моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85%. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10-75% моющего вещества.
В производстве мыл используют твердые жиры животные (говяжий, бараний, свиной и др.), жидкие растительные жиры (масло подсолнечное, хлопковое и др.), саломас (сало из масла) - твердый жир, полученный гидрогенизацией (насыщением водородом по месту двойных связей) растительных жидких масел, соапсток (побочный продукт очистки растительных масел).
По содержанию моющего вещества (натриевых или калиевых солей жирных, смоляных и нафтеновых кислот) мыло делят на сорта:
Твердое кусковое хозяйственное мыло бывает 60, 66, 70 и 72% -ное, жидкое - 40% -ное (1-й сорт) и 60% -ное (высший сорт).
Порошковые мыла представляют собой измельченное и высушенное мыло (68-82%) или составы, содержащие 10-25% жирных кислот в смеси со щелочными солями (содой кальцинированной, тринатрийфосфатом, силикатом натрия и т.д.)
По назначению моющие средства делят: хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.). Хозяйственные в свою очередь делятся на:
* средства для стирки изделий из хлопковых и льняных волокон содержат 20-40% моющего вещества (обычно сульфонола) - 55% щелочных солей (триполифосфата, соды кальцинированной, силиката натрия), 10-15% сульфата натрия, небольшое количество душистых веществ (отдушки), отбеливающих веществ и карбоксиметилцеллюлозы. Эти средства образуют сильнощелочныё моющие растворы (рН 10-11).
* Средства для стирки изделий из шерстяных и шелковых волокон содержат 35% алкилсульфата, до 55% нейтральных солей (сульфата натрия), небольшое количество щелочных электролитов, отбеливатели, отдушку. В моющем растворе эти средства создают среду, близкую к нейтральной (рН 7,3-8,5).
* Средства для стирки изделий из синтетических волокон также образуют среду, близкую к нейтральной. По составу они напоминают средства, предназначенные для стирки шерстяных и шелковых тканей, но содержат повышенное количество карбоксиметилцеллюлозы и электролитов.
синтетическое моющее средство фосфат
* Средства для стирки изделий из шерсти, шелка и синтетических волокон обычно не содержат активных щелочей типа карбонатов и силикатов натрия.
* Универсальные средства рекомендуют для стирки изделий из растительных, животных и химических волокон. Эти средства не содержат сильнощелочных солей (соды кальцинированной), в результате чего моющий раствор имеет умеренно щелочную реакцию (рН 8-9,5). Универсальные средства бывают без отбеливателя (обычного типа) и с перекисным отбеливателем.
* Средства для мытья посуды, раковин, ванн и других предметов домашнего обихода представляют собой составы, которые должны хорошо смачивать поверхности, обладать высокой эмульгирующей, растворяющей и пенообразующей способностью.
Эти средства обычно взаимодействуют с загрязнениями на очищаемой поверхности. В состав входят моющие вещества (синтетические и мыла), органические растворители, щелочные и другие химические соединения.
* Средства для мытья стекол (оконных, зеркал, хрусталя) содержат дополнительно восстановитель блеска (красители типа метилен голубой и др.).
* Средства для мытья (очистки) ковров, обивки мебели, искусственного меха, кожи содержат компоненты, способствующие образованию обильной пены, которая обволакивает и размягчает загрязнение, при удалении пены удаляется и загрязнение, а изделие не успевает промокнуть. Средства для мытья посуды, ванн и раковин могут содержать также антисептики, обладающие бактерицидными свойствами.
1.3 Химический состав синтетических моющих средств и их влияние на окружающую среду
Моющие вещества (МВ) составляют основу всех СМС и определяют их свойства; это мицеллообразующие поверхностно-активные вещества, благодаря которым растворы обладают моющей способностью. МВ делятся на два класса: ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации.
Ионогенные МВ называются анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд. Катионактивными, если поверхностно-активные положительно заряженные ионы, и амфотерными, или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой. Анионактивные МВ получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство СМС. Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из масел растительных и жиров животных.
Важнейшие представители синтетических анионактивных МВ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты. Другие анионактивные МВ выпускаются в относительно малых количествах. Неионогенные МВ, входящие в состав некоторых СМС занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства. Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот,
спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т.д. Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько % в общем объёме производства МВ и имеют ограниченное хозяйственное значение.
Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием. В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.
СМС обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность. В состав моющих композиций для стирки включают щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты).
В связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды промышленными и бытовыми отходами особое внимание при разработке новых рецептур синтетических М. с. уделяют подбору веществ биологически "мягких", т.е. легко разлагаемых бактериями в природных условиях. Препараты на основе таких веществ (например, производных алифатических кислот и спиртов линейного строения) постепенно вытесняют из употребления М. с., содержащие биологически "жёсткие" - неразлагаемые - компоненты (например, производные алкилароматических соединений разветвлённого строения).
1.4 Загрязнение окружающей среды
Одна из наиболее актуальных проблем на сегодня - защита окружающей среды от различных загрязнений - отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. К главным источникам загрязнений имеют непосредственное отношение предприятия службы быта, например прачечные, использующие моющие средства, важнейшими из которых являются синтетические моющие средства (СМС). Рецептуры современных СМС представляют собой сложные смеси различных веществ. Основная составная часть CMC - органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей и пенообразующей способностью. Совокупность этих свойств обусловливает их моющее действие. Для усиления моющего эффекта поверхностно-активных веществ в состав синтетических моющих средств входят щелочные и нейтральные электролиты, алкилоламиды, карбоксиметилцеллюлозу и др. Полезными добавками являются отбеливающие вещества (перекисные соли, оптические отбеливатели).
Отработанные стоки прачечных, сбрасываемые в канализацию, содержат все химические соединения, входящие в состав СМС, а также загрязнения (переходящие в процессе стирки с очищаемой поверхности одежды грязевые частицы - сажа, различные минерально-масляные и жировые загрязнения, волокна стираемых изделий). В зависимости от вида и количества щелочных солей, входящих в состав СМС, рН сточных вод составляет 7-10 ед. Таким образом, стоки прачечных сложны по составу, имеют щелочную среду и в значительной степени загрязнены органическими веществами, ПАВ и грязевыми частицами.
Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость (перевариваемость) в сточных водах микроорганизмами, так как фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств обозначенных веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.
Используемое для очистки сточных вод от загрязняющих их примесей оборудование, принцип работы которого основан на традиционных способах механической и физико-химической обработки, часто оказывается недостаточно результативным по разным причинам. Поэтому разработка и внедрение высокоэффективного оборудования, а также технологических приемов, позволяющих очищать сточные воды до требуемых параметров, является актуальной задачей в технологии водоочистки. В настоящее время наиболее рациональными и достаточно эффективными способами очистки можно назвать сочетание электрохимических и сорбционных процессов.
СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 - 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.
Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.
В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник - человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в нашей стране пока нет технологии позволяющей в требуемой степени очищать стоки от фосфатов. Неочищенные стоки, после очистных сооружений, сливаются в реки.
Глава 2. Методики исследования
Работа проводилась в весенний период 2011 года на территории с. Подгорного и в лабораторных условиях МОУ "Подгорнская СОШ". Она велась в трех направлениях параллельно.
Первое направление - социологическое исследование. Среди учащихся 5-11-х классов был проведён соц. опрос с целью выявления набора СМС, используемых в каждой семье.
Второе направление - лабораторный эксперимент, с целью выявить влияние СМС на физиологические процессы живых организмов (на примере растений).
Методика приготовления раствора хозяйственного мыла, стирального порошка "Tide" различной концентрации. (из расчета на 100г раствора)
В мерный стакан наливаем 10 мл средства для мытья посуды "Миф" и доливаем соответственно 90 мл воды. Получаем растворы нужной концентрации. После этого были заложены семена культурных растений для определения их всхожести и прорастания. Для определения всхожести были взяты семена огурцов, которые замочили в эти растворы.
Третье направление - полевое и лабораторное исследование, в ходе которого была изучена прибрежная зона р. Чая и болото в которое сбрасываются сточные воды Чаинской ЦРБ (п. Кирпичное). Качественный анализ речной воды был произведен в химической лаборатории школы с использованием качественных реакций.
Определение рН
Оборудование: химический стакан или любая стеклянная емкость, универсальная индикаторная бумага. Ход определения. Сполоснуть стакан исследуемой водой и налить в него немного исследуемой воды. Сухими чистыми руками взять одну полоску индикаторной бумаги и погрузить кончик в пробу на 30 сек. Вынуть полоску из пробы и сравнить с цветом шкалы. Записать цифру, помещенную под наиболее подходящей к образцу по цвету полоской. Это и есть полученное значение рН.
Определение фосфатов
Оборудование: пробирки, капельница с раствором роданида железа.
Ход работы: В пробирку налить исследуемую пробу. Добавить несколько капель роданида железа. При наличии фосфатов образуется белый осадок фосфата железа, при том кроваво-красная окраска роданида железа обесцвечивается. Записать результаты. Содержимое пробирки слить в слив.
Определение сульфатов
Оборудование: пробирки, раствор соляной кислоты (1: 5), раствор 5% - ного хлорида бария.
Ход работы: в пробирку налить 10 мл исследуемой пробы, 0,5мл раствора соляной кислоты (1: 5) и 2 мл 5% -ного раствора хлорида бария, затем перемешать. По характеру выпавшего осадка определить ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути - концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут - 5-10 мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария - 10-100мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100мг/л).
Определение гидрокарбонатов
Оборудование: пробирки, фенолфталеин.
Ход работы: в пробирку налить 10мл исследуемой пробы и добавить 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что гидрокарбонат-ионы в пробе отсутствуют. Возникновение розовой окраски свидетельствует о наличии в пробе гидрокарбонат-ионов.
Результаты исследования. Качественный химический анализ
|
Показатели |
Результаты исследования |
||||
|
гидрокарбонаты |
сульфаты |
||||
|
(пос. Кирпичное) |
Отсутствуют |
Осадок бурого цвета |
Отсутствуют |
||
|
(р. Чая, с. Подгорное) |
Отсутствуют |
Осадок светло-бурого цвета |
Отсутствует |
Глава 3. Результаты исследования
Свою работу мы начали с социологического опроса, проведенного среди учащихся нашей школы. Анализ полученных результатов позволил выявить самые известные стиральные порошки
Таблица 1
Использование различных видов стирального порошка
Размещено на http://www.allbest.ru/
Из таблицы видно, что сегодня предпочтение отдается зарубежным производителям, их порошки отличаются более высоким содержанием отбеливающих, красящих и ароматических веществ
Дальнейшие наши исследования проходили в виде эксперимента. В лабораторных условиях был заложен опыт, позволяющий определить влияние раствора различных синтетически моющих средств (хозяйственное мыло, стиральный порошок "Tide" и средство для мытья посуды "Миф") 10% концентрации на прорастание семян огурцов. По три семена одного вида были замочены в 10% -ых растворах и в течение недели велось наблюдение за прорастанием семян.
Анализ полученных результатов показал, что наиболее опасным из исследуемых образцов является стиральный порошок "Тайд", 10% раствор препятствует прорастанию семян. Средство для мытья посуды "Миф" также полностью подавляет ростовые процессы. А вот в растворе хозяйственного мыла была весьма благоприятная среда для прорастания семян. Наиболее чувствительны к химическому воздействию моющих средств оказались семена арбуза, поэтому именно их целесообразно использовать при дальнейших исследованиях.
Дальнейшие исследования проводились в естественных условиях. Нами была изучена прибрежная зона реки в пределах села Подгорного и определены места сброса бытовых стоков. В результате визуального осмотра данных участков мы обнаружили малую растительность, что свидетельствует о неблагоприятных условиях, созданных в результате хозяйственной деятельности людей.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика производства. Физико-химические свойства глинистого сырья. Пластичные свойства глин. Оценка влияния выбросов Кирпичного завода ООО "Ажемак" на окружающую среду. Особенности кислотных дождей. Влияние углеводорода на окружающую среду.
курсовая работа , добавлен 06.01.2015
Воздействие автомобилизации на окружающую среду. Отработавшие газы как экологическая проблема при эксплуатации транспортных средств. Направления, способствующие уменьшению загрязнения окружающей среды: технические, организационные, градостроительные.
реферат , добавлен 20.03.2012
Методы очистки сточных вод и системы водообеспечения. Гальваническое покрытие металла. Хромирование, цинкование и никелирование. Распространение цинкования и меднения. Влияние гальванических производств на окружающую среду. Загрязнение природных вод.
контрольная работа , добавлен 05.05.2009
Методологические и теоретические основы процесса моделирования экологических систем и процессов. Исследование влияния поверхностно-активных веществ на водные растения на примере элодеи. Сравнительный анализ компонентов синтетических моющих средств.
курсовая работа , добавлен 23.01.2013
Молочная промышленность РФ и ее влияние на окружающую среду. Производство мороженого в России и Вологодской области. Состав, объемы и динамика выбросов предприятия. Динамика суммарных отходов предприятия "Вологодское мороженое", его водообеспечение.
дипломная работа , добавлен 09.11.2016
Несоответствие соотношения между возрастающими потребностями людей и фактическим наличием ресурсов. Понятие производительных сил общества, их эффективное размещение и влияние на окружающую среду. Государственный контроль за размещением предприятий.
курсовая работа , добавлен 11.08.2009
Общая характеристика кадмия: история, физические и химические свойства, важнейшие соединения. Основные источники поступления кадмия в окружающую среду. Применение металла в производстве. Способы защиты от вредного воздействия высокоопасного вещества.
реферат , добавлен 15.05.2013
Экологическая характеристика г. Тюмени. Почвенный покров в городе и пригородах. Расположение промышленных предприятий как фактор воздействия на окружающую среду. Сравнительный анализ влияния Тюменского аккумуляторного завода на окружающую среду.
курсовая работа , добавлен 05.02.2016
Исследование проблем бродячих собак и свалок в городах. Обзор методов переработки твердых бытовых отходов и уменьшения шумового загрязнения населенных пунктов. Влияние ГЭС на окружающую среду. Характеристика антропогенных преобразований природных систем.
реферат , добавлен 19.10.2012
Организационно-правовые основы оценки воздействия на окружающую среду. Изучение состояния и тенденций развития системы экологической экспертизы в России. Порядок организации, стадии и основные этапы проведения оценки воздействия на окружающую среду.
Введение
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор, как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики,так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения(моющие и чистящие средства,порошки,аэрозоли, спреи,выхлопные газы).
Проблема загрязнения экологии моющими средствами занимает одно из лидирующих мест в современном мире.
Данная тема весьма актуальна для нас,т.к мы живем в этой экологии,окружающей среде,и сами же являемся источником загрязнения природы.
Моя задача:
-попытаться объяснить,как различная химия влияет на окружающую среду;
-выяснить,к каким последствиям приводит чрезвычайное использование химических моющих средств;
-попытаться найти плюсы и минусы использования моющих средств.
- Химическое
загрязнение атмосферы
Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленно производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загряз-нители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических. физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.
- Химическое
загрязнение природных вод
- Синтетические
поверхностно - активные вещества
- Особенности
загрязнения почвенных экосистем
поверхностно-активными веществами
Отходы поступают в окружающую среду в твердом, жидком состоянии, а также в форме аэрозольных выбросов. Почвы загрязняются как непосредственно, так и через атмосферу и гидросферу. Загрязнение воздуха и вод неизбежно сопровождается загрязнением почв.В последнее время среди загрязняющих веществ все чаще встречаются поверхностно- активные вещества. Это связано с широким использованием синтетических моющих средств. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – вещества, которые используются в промышленности и в быту как моющие средства, загрязняют окружающую среду с отходами коммунально-бытовой деятельности. В состав ПАВ обычно входят одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих центров. Эти группы снижают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются, образуют стабильную эмульсию с частицами удаляемых веществ, снижают жесткость воды. В состав ПАВ входят также связывающие компоненты. Они могут взаимодействовать с ионами кальция и магния, присутствующими в виде солей в жесткой воде, а также в составе твердых веществ. Наиболее распространено использование в качестве связывающих компонентов смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия.[ 11 ]
Мировое производство ПАВ составляет 2–3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для бытовой химии, остальное в промышленности и сельском хозяйстве. Одновременно с ежегодным ростом производства ПАВ соотношение между их применением в быту и промышленности изменяется в пользу промышленности.ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых ПАВ используется в составе моющих средств, в производстве тканей и изделий на основе синтетических и природных волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, химическая промышленности, промышленность строительных материалов и ряд других. Применение ПАВ определяется их поверхностной активностью, структурой адсорбционных слоев и объемными свойствами растворов. Поверхностно-активные вещества используют в качестве диспергаторов при измельчении твердых тел, бурении твердых пород (понизители твердости), для улучшения смазочного действия, понижения трения и износа, интенсивности нефтеотдачи пластов и т.д.
- О влиянии
моющих средств на окружающую среду
Практически во всех странах фосфаты запрещены, а у нас в России концентрация фосфатных добавок "запредельная" - до 50-60 %. Те же фирмы, которые в своих странах выпускают бесфосфатные порошки, в России, под теми же торговыми марками производят порошки с фосфатами. А уж производители отечественных порошков о вреде фосфатов и слушать не хотят т.к себестоимость бесфосфатного порошка вырастает процентов на 20.
- Пути решения
экологических проблем
Удачным дополнением, усиливающим моющее действие порошка, является цеолит - природный элемент вулканического происхождения. Цеолит «счищает» с поверхности ткани ворсинки, содержащие загрязнение, после чего одежда и белье приобретают гладкость, становятся приятными на ощупь.
Помимо перечисленных соединений в состав моющего средства могут входить вспомогательные добавки, повышающие его моющую способность, такие как карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметиловый крахмал, а также ферменты (энзимы), такие как протеазы, амилазы и липазы. Карбоксиметилцеллюлоза добавляется с целью предотвратить повторное оседание частиц грязи из моющего раствора на поверхность ткани, а ферменты для быстрого удаления загрязнений белкового происхождения, такие как кровь, молоко, яйцо, какао. Экологические стиральные порошки могут содержать энизмы, а могут и не иметь их в своём составе, в зависимости от вида порошка. В производстве энзимов для экологических стиральных порошков запрещено применение генно-модифицированных организмов.Стиральными порошками, которые содержат энизмы, не следует стирать одежду из натуральных волокон: шерсть, шелк. В данном случае энизмы могут испортить вещь, разрушить структуру ткани.Вместо агрессивных хлорсодержащих и оптических отбеливателей в составе экологического стирального порошка используются стабилизаторы пероксидных соединений и водорастворимые органические комплексообразователи.Наиболее распространенный экологический отбеливатель – это натрия карбонат пероксид (относительно безопасное соединение для окружающей среды), которые бережно отбеливает ткань, не разрушая ее структуры. Поэтому экологические порошки можно использоваться для стрики цветной одежды и белья, не волнуясь о том, что ткань потеряет первоначальный цвет.
В составе экологических порошков вместо нефтехимических синтетических отдущек применяются экстракты - эфирные масла из семян, листьев, кожуры и других частей растений. Они либо напрямую используется в производстве либо перерабатывается, но при этом, особое внимание уделяется тому, чтобы при переработке был на 100 % использован потенциал матушки-природы.
и т.д.................
Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.
К моющим средствам относятся многокомпонентные смеси синтетических моющих (мылоподобных) веществ и различных вспомогательных составляющих (минеральных солей, органических добавок и др.) - так называемых синтетических моющих средств, все виды товарного жирового мыла, ряд продуктов природного происхождения (например, сапонины, жёлчь).
Теория моющего действия, разработанная академиком П.А. Ребиндером, рассматривает сложный комплекс различных процессов.
Согласно этой теории моющие средства должны быть высоко поверхностно-активными веществами (ПАВами), эмульгаторами гидрофильной природы. Поверхностное натяжение моющего раствора должно быть почти вдвое ниже, чем у воды.
ПАВы
Что такое ПАВ?
Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз ), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.
На межфазной поверхности поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации - адсорбционный слой .
Строение ПАВ
Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут 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, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.
Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.
Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo - люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.
Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.
Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.
В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).
Примером полярных групп могут служить: –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеводородные радикалы.
К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.
Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот:
CH3 (CH2 )n COONa.
Работа ПАВ в моющих средствах
Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.
Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали.
Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.
В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.
Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).
Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.
Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.
Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.
Фазы моющего действия
Моющее действие - совокупность физико-химических процессов, приводящих к очистке поверхности твёрдых тел от загрязнений.
Согласно представлениям П. А. Ребиндера, комплекс «моющего действия» включает:
- Смачивание,
- Эмульгирование, и
- стабилизацию.
Смачивание
Смачивание – первая фаза моющего действия.
Входе смачивания происходит повышение смачиваемости очищаемой твёрдой поверхности моющей жидкостью.
Смачиваемость – это характеристика взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела (например, загрязнения).
Смачивание произойдёт, если сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого вещества окажется больше, чем аналогичная сила между самими молекулами жидкости.
В этом случае жидкость растечётся по поверхности, покрывая её. В этом случае говорят, что твёрдое тело смачивается жидкостью.
Если же притяжение между самими молекулами жидкости больше, чем между молекулами этой жидкости и молекулами твёрдого тела, то смачивание не произойдёт. Жидкость будет скатываться с поверхности тела. Поговорка «как с гуся вода», как раз на эту тему.
Загрязнения очень часто имеют жирную (гидрофобную) природу и поэтому не смачиваются водой. Но добавление в воду ПАВа уменьшает поверхностное натяжение воды и увеличивает её смачивающую способность.
Таким образом, при помощи добавления ПАВа в воду возникает взаимодействие молекул раствора моющего средства и молекул загрязнения.
В ходе смачивания происходит, расчленение крупных частиц загрязнения на более мелкие части (диспергирование ) и отрыв этих частиц от очищаемой поверхности.
Попадая в раствор моющего средства, частички загрязнения продолжают распадаться на ещё более мелкие образования. Этот процесс измельчения называется пептизацией . Таким образом, загрязнение переходит в дисперсную фазу.
Эмульгирование
Перешедшие в моющий раствор частички загрязнения эмульгируются , т.е. обвалакиваются молекулами ПАВа. В результате обволакивания образуются так называемые мицеллы.
Мицеллы (уменьшительное от лат. mica - частица, крупинка) - частицы в коллоидных системах, состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.
Если ядро мицеллы представляют собой частичку вещества жирной (гидрофобной) природы, то дифильные молекулы ПАВа окружив её, будут сориентированы следующим образом: углеводородные (гидрофобные) концы молекул ПАВа будут обращены к частичке загрязнения, а полярные (гидрофильные) части будут ориентированы вовне, т.е. смогут взаимодействовать с молекулами воды. В результате станет возможным растворение образовавшихся мицелл в водной среде растворителя. Такой процесс растворения называется солюблизацией.
Солюблизация – это коллоидное растворение, происходящее через образование коллоидных мицел. Оно становится возможным только благодаря присутствию в растворе дифильных молекул ПАВа. Изначально растворяемые частицы загрязнения не имели сродства к растворителю и не могли быть растворены в нём.
При попадении в растворы ПАВ газа (в быту - воздуха) образуется пена. Пена является гетерогенной системой (газ в жидкости), в которой пузырьки газа разделены прослойками жидкости. Частицы загрязнения могут располагаться между пузырьками воздуха и выносится на поверхность раствора.
Стабилизация
В моющем процессе одновременно существуют два явления, а именно: отделение загрязнения от поверхности, которую мы хотим очистить и повторное его осаждение на эту поверхность. Следовательно, важно, чтобы моющее средство не только эффективно удаляло загрязнения с поверхности, например, ткани, но и удерживало их в растворе, препятствуя их повторному осаждению.
То есть, моющее средство должно обладать стабилизирующим действием , препятствующим повторному осаждению загрязнений на отмытую поверхность.
Это вызывает необходимость вводить в состав моющих средств специальные защитные коллоиды, в частности, карбоксиметилцеллюлозу, сульфатцеллюлозу, производные крахмала, этансульфонат целлюлозы и пр.
Эти вещества осуществляют стабилизацию загрязнений в виде высокодисперсной фазы - мельчайших капелек или твёрдых частиц, равномерно распределённых в моющем растворе.
Классификация моющих веществ
Моющие вещества, как и ПАВы, делятся на два основных класса:
- ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и
- неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации
Ионогенные моющие вещества
Ионогенные моющие вещества, в свою очередь, могут быть:
- анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд,
- катионактивными, если поверхностно-активны положительно заряженные ионы и
- амфотерными или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой.
Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств.
Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из растительных масел и животных жиров.
Важнейшие представители синтетических анионактивных моющих веществ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты.
Другие анионактивные моющие вещества выпускаются в относительно малых количествах.
Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько процентов в общем объёме производства моющих веществ и имеют ограниченное хозяйственное значение.
Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием.
В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.
Неионогенные моющие вещества
Неионогенные моющие вещества, входящие в состав некоторых моющих средств, занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства.
Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот, спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т. д.
Вещества, входящие в состав моющих средств.
Синтетические моющие средства обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность.
В состав моющих композиций для стирки включают:
- щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава),
- нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия),
- соли перекисных кислот, обладающие отбеливающими и дезинфицирующими свойствами (перборат и перкарбонаты натрия).
Важную роль играют органические компоненты моющих средств:
- карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию - повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность;
- оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей;
- так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде.
Некоторые моющие вещества содержат:
- ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений,
- органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.),
- стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители;
- во многие моющие вещества добавляют душистые вещества (отдушки).
Рецептурный состав моющих веществ определяется их назначением, экономическими и санитарно-гигиеническими требованиями.
Виды моющих средств
Различают синтетические моющие средства:
- для стирки,
- мытья посуды и домашней утвари,
- туалетные,
- промышленного назначения и др.
Моющие средства для стирки можно разделить на группы:
- средства для шерстяных и шёлковых тканей,
- хлопчатобумажных и льняных тканей,
- универсальные средства для тканей разных типов, в том числе из химических волокон,
- для стирки сильно загрязнённых изделий из грубых тканей.
Влияние моющих средств на окружающую среду.
В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла.
Это обстоятельство породило важную проблему - проблему очистки сточных вод.
Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет на здоровье человека..
Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами.
Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода.
Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду.
В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%.
Биоразлагаемость некоторых ПАВов.
Хорошей биоразлагаемостью (на 80-90%) обладают алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.
Биоразлагаемость алкилсульфонатов, полученных из нормальных парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10-С18) – 97,9%.
Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные, но их биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.
Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на степень и скорость разложения.
Разные подходы в защите окружающей среды
По данным ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.
Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.
Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в действие эффективных методов очистки сточных вод экономически целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств другими, менее эффективными в моющем действии.
