论文部分内容阅读
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
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