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去污高手

2008-11-10王泽斌

百科知识 2008年20期
关键词:两面派洗衣粉亲水

王泽斌

从表面活性剂讲起

在界面世界里,对于喜欢和水混在一起的分子,我们叫它“亲水分子”,比如普通玻璃表面上的那些分子;相反,对于与水分子不能相容,喜欢和油混在一起的那些,我们称之为“疏水分子”。虽然亲水和疏水是相对的概念,但若强行把亲水分子和疏水分子摁在一起,他们并不能像人们期待的一样进行融合,其原因在于,二者呆在一起需要的能量非常大,双方都想找回本身的性质,这样就导致界面在拼命地减小。

自然界中存在着一类物质,我们叫作“表面活性剂”,它们是典型的“两面派”。它们有一个亲水的“脑袋”和一条疏水的“尾巴”。遇到亲水物质,就把头凑上去,说“你看,我们是亲戚”;遇到疏水物质,就把尾巴摆过去,说“看,我们长得挺像”。对于这样的物质,水分子只能接纳它的“脑袋”,而在油或者其它疏水物质里只能接纳它的“尾巴”。于是,表面活性剂只好处于界面之上,把亲水的头向着水的这边,把疏水的尾巴伸到疏水的那边。-这样,最外层的水分子接触的是“两面派”的亲水头,疏水那面的最外层接触的是“两面派”的疏水尾巴。因为表面活性剂的介入,两相物质不必借助很大能量融合,界面张力也大大降低。

而当“两面派”太多的时候,界面容纳不了,多余的就只好进入水中。当它们在水中的浓度很低的时候,即使两两相遇,也会很快被水分子们无意地冲撞破坏。如果他们的浓度比较高,则很容易找到它们的同胞,也就很容易组织起来,疏水的尾巴向里,亲水的脑袋向外,形成一个圆球。如果遇到污物,比如餐具上的油污或者衣服上的污渍,它们都属于疏水物质,洗涤剂分子们这时立刻发挥功用,都把尾巴插进污渍,形成一个亲水脑袋向外的球体,而污渍就被包在里面,随着水流便离开了餐具或者衣服。

这就是表面活性剂去污的原理。

洗涤剂的发展——有磷与无磷

人类最初是用皂角之类的东西洗衣服,肥皂的发明算得上是一大进步。作为一种表面活性剂,肥皂大大提高了去污能力。但是,水中的钙、镁等离子会与表面活性剂结合,不但使被结合的表面活性剂失去了作用,而且结合物本身会成为新的沉积物。但是洗衣粉的成分则除了表面活性剂,还加入了一些辅助成分,以增加洗涤效果。其中最重要的是磷酸盐,磷酸阴离子与钙镁离子的结合能力大大高于表面活性剂,它们对表面活性剂起到保护作用。因为磷酸盐比表面活性剂要便宜,所以在洗衣粉中加入磷酸盐降低了洗涤成本,受到了洗衣粉厂家的欢迎。一般的含磷洗衣粉中,磷的含量在10%上下。

磷酸盐本身对于人类并无危害,之所以成为环境杀手其实正是因为它是植物生长的营养成分。在湖泊等水域中,总是存在着藻类。藻类的生长需要碳、氮、磷这些主要营养成分。一般情况下,碳和氮都不会缺乏,于是磷就成了藻类生长的限制因素。生活污水中含有的磷沉积到湖中,对于藻类来说简直是“雪中送炭”。1千克的磷,能长出700千克的藻类。很多洗涤剂中还包括一些漂白剂,通常成分中含有氯元素,进入环境中也成为一种污染源。一般的表面活性剂,在高温下的活性高,所以通常的洗涤剂在热水中的效力比较高,这也是洗衣服、洗碗用热水容易洗干净的原因。

不难看出,洗涤剂导致环境危害的原因,其实是保持洗涤效果的代价。所以,要降低洗涤剂对于环境的危害,就要在保证洗涤效率的前提下避免上述有害成分进入环境。无磷洗衣粉的出现是一种进步,它们通常使用不含磷的无机成分来代替磷酸盐与钙镁离子结合。对于减少磷的环境危害,自然是成功的。但是这些替代成分进入自然界又带来其它的污染。所以说,简单的替代磷酸盐只是减轻了一种污染,并不见得就完全消除了洗涤剂对环境的危害。仅仅是“无磷”就宣称“绿色环保”,也是不负责任的。

更“绿色”的技术

酶的引入是洗涤剂的又一巨大进步。首先,酶是蛋白质,进入自然界后会自然降解,不会留下危害。其次,酶的活性温度比较温和,不用太热的水。一般而言,40℃是一个很合适的温度。而通常的洗衣粉,人们要使用60℃~70℃的水。像北京那样一个千万人口的城市,如果洗衣粉的水温降低20℃,那么一年节约的能源大致相当于燃烧10万吨的煤炭。虽然对于一个这么大的城市来说,少燃烧10万吨煤并不是一个很大的量,不过如果考虑到洗衣服只是生活中的一件小事,那么这个量也就比较可观了。当然,我们还得考虑生产相应的酶所需要的能源。在生物技术高度发展的今天,生产那些酶所需要的能源只相当于几百吨的煤炭。

酶的加入能够提高洗涤能力的原因在于,多数的污渍是有机成分。比如汗渍、奶渍、饮食等等,主要成分也是蛋白质、脂肪、淀粉等成分。而相应的酶的加入,可以有效地分解这些成分。最早加入的是蛋白酶,后来淀粉酶、脂肪酶以及纤维素酶等也相继被加入,从而使得加酶洗衣粉的效率大大增加。酶的作用也使得漂白剂磷酸盐等对环境有害成分的使用逐渐减少。

洗涤剂的发展方向,是使用更好的酶,进一步降低活性温度,以及减少对环境有害的成分的使用。目前,一些西方国家已经禁止了磷酸盐的使用,也有公司正在开发在冷水中保持活性的酶。(文章代码:2018)

责任编辑赵柠

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