Chia sẻ:
Chất hoạt động bề mặt và chất hoạt động bề mặt là gì, ví dụ và công dụng
Một chất hoạt động bề mặt là một hợp chất hóa học có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng, hoạt động trên bề mặt hoặc bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, ví dụ như nước-không khí hoặc dầu-nước.
Thuật ngữ chất hoạt động bề mặt xuất phát từ tiếng Anh chất hoạt động bề mặt, mà lần lượt được bắt nguồn từ các từ viết tắt của biểu thức lướtđại lý hoạt động, có nghĩa là trong đại lý Tây Ban Nha với hoạt động giao thoa hoặc bề mặt.
Trong tiếng Tây Ban Nha, từ "chất hoạt động bề mặt" được sử dụng, đề cập đến khả năng hoạt động của một hợp chất hóa học trên bề mặt hoặc sức căng liên vùng. Sức căng bề mặt có thể được định nghĩa là lực cản mà chất lỏng phải tăng bề mặt.
Nước có sức căng bề mặt cao vì các phân tử của nó liên kết rất mạnh với nhau và chống lại sự phân tách khi áp lực tác động lên bề mặt của nó.
Ví dụ, một số côn trùng thủy sinh, chẳng hạn như "con rắn hổ mang" (Gerris lacustris), có thể di chuyển trên mặt nước mà không bị chìm, nhờ sức căng bề mặt của nước, cho phép hình thành một lớp màng trên bề mặt của nó.
Ngoài ra, một cây kim thép được giữ trên mặt nước và không bị chìm, do sức căng bề mặt của nước.
Chỉ số
- 1 Cấu trúc và hoạt động của chất hoạt động bề mặt
- 2 Chất hoạt động bề mặt để làm gì??
- 3 Biosurfactants: chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc sinh học
- 3.1 Ví dụ về chất hoạt động bề mặt
- 4 Phân loại chất hoạt động bề mặt và ví dụ
- 4.1 - Theo tính chất của điện tích ở phần cực hoặc phần đầu
- 4.2 - Theo tính chất hóa học của nó
- 4.3 - Theo trọng lượng phân tử của nó
- 5 Sản xuất chất hoạt động bề mặt
- 6 ứng dụng của chất hoạt động bề mặt
- 6.1 Ngành dầu khí
- 6.2 Vệ sinh môi trường
- 6.3 Trong các quy trình công nghiệp
- 6.4 Trong ngành mỹ phẩm và dược phẩm
- 6.5 Trong ngành thực phẩm
- 6.6 Trong nông nghiệp
- 7 tài liệu tham khảo
Cấu trúc và hoạt động của chất hoạt động bề mặt
Tất cả các chất hoạt động bề mặt hóa học hoặc chất hoạt động bề mặt đều có bản chất lưỡng tính, nghĩa là, chúng có một hành vi kép, bởi vì chúng có thể hòa tan các hợp chất phân cực và không phân cực. Các chất hoạt động bề mặt có hai phần chính trong cấu trúc của chúng:
- Đầu cực ưa nước, tương tự như nước và các hợp chất phân cực.
- Đuôi không ưa nước, đuôi ưa nước, liên quan đến các hợp chất không phân cực.
Đầu cực có thể không ion hoặc ion. Đuôi của chất hoạt động bề mặt hoặc phần cực, có thể là một chuỗi carbon và hydro alkyl hoặc alkylbenzene.
Cấu trúc đặc biệt này mang lại cho các hợp chất hóa học chất hoạt động bề mặt, trạng thái lưỡng tính: ái lực với các hợp chất hoặc pha phân cực, hòa tan trong nước và cũng có ái lực với các hợp chất không phân cực, không tan trong nước.
Nói chung, chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước, cho phép chất lỏng này mở rộng và chảy ở mức độ lớn hơn, làm ẩm các bề mặt và pha lân cận.
Các chất hoạt động bề mặt để làm gì??
Các hợp chất hóa học chất hoạt động bề mặt hoạt động trên bề mặt hoặc giao diện.
Khi chúng hòa tan trong nước, chúng di chuyển đến các giao diện nước-dầu hoặc không khí, ví dụ, nơi chúng có thể hoạt động như:
- Các chất phân tán và chất hòa tan của các hợp chất không hòa tan hoặc hòa tan kém trong nước.
- Humectants, bởi vì họ ủng hộ việc truyền nước vào các pha không hòa tan trong này.
- Chất ổn định nhũ tương của các hợp chất không hòa tan trong nước và nước, chẳng hạn như dầu và nước sốt mayonnaise.
- Một số chất hoạt động bề mặt ủng hộ và một số khác ngăn chặn sự hình thành bọt.
Biosurfactants: chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc sinh học
Khi tác nhân bề mặt đến từ một sinh vật sống, nó được gọi là chất hoạt động bề mặt.
Theo nghĩa chặt chẽ hơn, các chất hoạt động bề mặt được coi là hợp chất sinh học lưỡng tính (có hành vi hóa học kép, hòa tan trong nước và trong chất béo), được sản xuất bởi các vi sinh vật như nấm men, vi khuẩn và nấm sợi..
Các chất hoạt động bề mặt được bài tiết hoặc giữ lại như một phần của màng tế bào vi sinh vật.
Ngoài ra một số chất hoạt động bề mặt được sản xuất bởi các quy trình công nghệ sinh học, sử dụng các enzyme hoạt động trên một hợp chất hóa học sinh học hoặc sản phẩm tự nhiên.
Ví dụ về chất hoạt động bề mặt
Trong số các chất hoạt động bề mặt tự nhiên, chúng ta có thể kể đến saponin của thực vật như hoa cayenne (Dâm bụt sp.), lecithin, nước mật của động vật có vú hoặc chất hoạt động bề mặt phổi của con người (với các chức năng sinh lý rất quan trọng).
Ngoài ra, các axit amin và các dẫn xuất của chúng, betaines và phospholipids đều là các chất hoạt động bề mặt, tất cả các sản phẩm tự nhiên này có nguồn gốc sinh học.
Phân loại chất hoạt động bề mặt và ví dụ
-Theo tính chất của điện tích ở cực hoặc phần đầu
Các chất hoạt động bề mặt có thể được nhóm thành các loại sau, tùy thuộc vào điện tích của đầu cực của bạn:
Chất hoạt động bề mặt anion
Chúng có điện tích âm ở đầu cực, thường là do sự hiện diện của nhóm sulphonate -SO3-.
Các chất hoạt động bề mặt cation
Chúng có điện tích dương trên đầu, thường là NR nhóm amoni bậc bốn4+, Trong đó R đại diện cho chuỗi carbon và hydro.
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
Chúng có hai điện tích, dương và âm trong cùng một phân tử.
Chất hoạt động bề mặt không ion
Họ không có ion hoặc điện tích trong đầu.
-Theo tính chất hóa học của nó
Theo tính chất hóa học của chúng, các chất hoạt động bề mặt được phân thành các loại sau:
Chất hoạt động bề mặt Glycolipid
Các glycolipids là các phân tử có trong cấu trúc hóa học của chúng một phần lipid hoặc chất béo và một phần đường. Hầu hết các chất hoạt động bề mặt được biết đến là glycolipids. Loại thứ hai bao gồm sunfat của các loại đường như glucose, galactose, mannose, rhamnose và galactose.
Trong số các glycolipids, nổi tiếng nhất là rhamnolipids, chất khử trùng sinh học đã được nghiên cứu rất nhiều, hoạt tính nhũ hóa cao và ái lực cao đối với các phân tử hữu cơ kỵ nước (không tan trong nước)
Đây được coi là các chất hoạt động bề mặt hiệu quả nhất để loại bỏ các hợp chất kỵ nước trong đất bị ô nhiễm.
Như ví dụ về rhamnolipids, chất hoạt động bề mặt tạo ra vi khuẩn thuộc chi có thể được đề cập Pseudomonas.
Có những glycolipids khác, được sản xuất bởi Torulopsis sp., với hoạt tính diệt khuẩn và được sử dụng trong mỹ phẩm, chống gàu, các sản phẩm kìm khuẩn và làm chất khử mùi cơ thể.
Biosurfactants lipoprotein và lipopeptide
Lipoprotein là các hợp chất hóa học có một phần lipid hoặc chất béo trong cấu trúc của chúng và một phần khác của protein.
Ví dụ, Bacillus Subilis là một loại vi khuẩn sản xuất lipopeptide được gọi là Surfactin. Đây là những chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt mạnh nhất.
Các chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo ra sự phân giải hồng cầu (vỡ tế bào hồng cầu) của động vật có vú. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng làm chất diệt khuẩn gây hại như là loài gặm nhấm nhỏ.
Axit béo sinh học
Một số vi sinh vật có thể oxy hóa ankan (chuỗi carbon và hydro) thành axit béo có đặc tính bề mặt.
Các chất hoạt động bề mặt Phospholipid
Phospholipids là các hợp chất hóa học có nhóm phốt phát (PO43-), gắn liền với một phần có cấu trúc lipid. Chúng là một phần của màng vi sinh vật.
Một số vi khuẩn và nấm men ăn hydrocarbon, khi chúng phát triển trên chất nền kiềm, làm tăng lượng phospholipid trong màng của chúng. Ví dụ, Vi khuẩn Acinetobacter sp., Thiobacillus thoxideans và Rhodococcus erythropolis.
Các chất hoạt động bề mặt polyme
Các chất hoạt động bề mặt polyme là các đại phân tử có trọng lượng phân tử cao. Các chất hoạt động bề mặt sinh học được nghiên cứu nhiều nhất của nhóm này là: phức hợp emulsan, liposan, mannoprotein và polysacarit-protein.
Ví dụ, vi khuẩn Acinetobacter calcoaceticus sản xuất nhũ tương đa nhân (với một số điện tích âm), một chất khử trùng sinh học rất hiệu quả đối với hydrocarbon trong nước. Nó cũng là một trong những chất ổn định nhũ tương mạnh nhất được biết đến.
Liposan là một chất nhũ hóa ngoại bào, hòa tan trong nước, được hình thành bởi các polysacarit và protein của Candida lipolytica.
Saccaromyces cereviseae sản xuất một lượng lớn mannoprotein với hoạt tính nhũ hóa tuyệt vời của dầu, ankan và dung môi hữu cơ.
-Theo trọng lượng phân tử của nó
Biosurfactants được phân loại thành hai loại:
Chất hoạt động bề mặt phân tử trọng lượng thấp
Với bề mặt nhỏ và căng thẳng giao thoa. Ví dụ, rhamnolipids.
Các chất hoạt động bề mặt cao phân tử cao phân tử
Điều đó liên kết mạnh mẽ với các bề mặt, chẳng hạn như chất khử trùng thực phẩm.
Sản xuất chất hoạt động bề mặt
Để sản xuất các chất hoạt động bề mặt, nuôi cấy vi sinh vật được sử dụng trong lò phản ứng sinh học. Hầu hết các vi sinh vật này được phân lập từ môi trường bị ô nhiễm, chẳng hạn như các bãi thải công nghiệp hoặc hố hydrocarbon bị loại bỏ bởi ngành công nghiệp dầu mỏ.
Việc sản xuất hiệu quả các chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như bản chất của chất nền hoặc nguồn carbon được sử dụng làm môi trường nuôi cấy và mức độ mặn của nó. Ngoài ra, nó phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, pH và lượng oxy sẵn có.
Các ứng dụng của chất hoạt động bề mặt
Hiện nay có nhu cầu thương mại lớn đối với các chất hoạt động bề mặt, bởi vì các chất hoạt động bề mặt thu được từ quá trình tổng hợp hóa học (từ các dẫn xuất dầu mỏ) là độc hại, không phân hủy sinh học và do đó có các quy định về môi trường để sử dụng.
Những vấn đề này đã tạo ra mối quan tâm đáng kể đối với các chất hoạt động bề mặt như là chất thay thế phân hủy sinh học, không độc hại.
Biosurfactants có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như:
Ngành dầu khí
Biosurfactants được sử dụng trong khai thác dầu và xử lý sinh học (khử nhiễm với các sinh vật sống) của hydrocarbon; ví dụ: chất hoạt động bề mặt của Vi khuẩn khớp sp.
Chúng cũng được áp dụng trong các quá trình khử lưu huỳnh sinh học (loại bỏ lưu huỳnh bằng vi sinh vật) của dầu mỏ. Loài của chi đã được sử dụng Rhodococcus.
Vệ sinh môi trường
Các chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong xử lý sinh học đất bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại, chẳng hạn như uranium, cadmium và chì (chất hoạt động bề mặt từ Pseudomonas spp. và Rhodococcus spp.).
Chúng cũng được sử dụng trong các quá trình xử lý sinh học của đất và nước bị ô nhiễm bởi sự cố tràn xăng hoặc dầu.
Ví dụ, Aeromonas sp. tạo ra các chất hoạt động bề mặt cho phép phân hủy dầu hoặc giảm các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn, làm chất dinh dưỡng cho vi sinh vật và nấm.
Trong các quy trình công nghiệp
Chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong ngành chất tẩy rửa và chất tẩy rửa, vì chúng tăng cường hoạt động làm sạch bằng cách hòa tan các chất béo làm nhiễm bẩn quần áo hoặc bề mặt, trong nước giặt.
Chúng cũng được sử dụng làm hợp chất hóa học phụ trợ trong ngành dệt, giấy và thuộc da.
Trong ngành mỹ phẩm và dược phẩm
Trong ngành mỹ phẩm, Bacillus licheniformis sản xuất các chất hoạt động bề mặt được sử dụng như các sản phẩm chống gàu, vi khuẩn và khử mùi.
Một số chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong ngành dược phẩm và y sinh cho hoạt động kháng khuẩn và / hoặc kháng nấm của chúng.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong sản xuất mayonnaise (là một dạng nhũ tương của nước trứng và dầu). Các chất hoạt động bề mặt này đến từ các thảo dược và các dẫn xuất của chúng, giúp cải thiện chất lượng và thêm vào đó là hương vị.
Trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, chất hoạt động bề mặt được sử dụng để kiểm soát sinh học các mầm bệnh (nấm, vi khuẩn, vi rút) của cây trồng.
Một ứng dụng khác của chất hoạt động bề mặt trong nông nghiệp là sự gia tăng lượng vi chất dinh dưỡng trong đất.
Tài liệu tham khảo
- Banat, I.M., Makkar, R.S. và Cameotra, S.S. (2000). Các ứng dụng thương mại tiềm năng của chất hoạt động bề mặt vi sinh vật. Ứng dụng công nghệ vi sinh. 53 (5): 495-508.
- Cameotra, S.S. và Makkar, R.S. (2004). Các ứng dụng gần đây của chất hoạt động bề mặt như các phân tử sinh học và miễn dịch. Ý kiến hiện tại về Vi sinh vật. 7 (3): 262-266.
- Chen, S.Y., Wei, Y.H. và Chang, J.S. (2007). Lặp lại quá trình lên men pH-stat fed-batch để sản xuất rhamnolipid với người bản địa Pseudomonas aeruginosa Ứng dụng công nghệ sinh học vi sinh. 76 (1): 67-74.
- Mulligan, C.N. (2005). Ứng dụng môi trường cho chất hoạt động bề mặt. Ô nhiễm môi trường. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
- Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. và Liu, T. (2018). Biosurfactants tăng cường loại bỏ kim loại nặng từ bùn trong xử lý điện. Tạp chí Kỹ thuật Hóa học. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.