摘要：综述了生物表面活性剂的种类及其生产菌，介绍了目前常用的两种生产方法：微生物发酵法和酶法合成生物表面活性剂。总结了其在环境工程中的应用，如在废水处理中浮选去除重金属离子，在污染场地的生物修复中用于促进烷烃、多环芳烃(PAHs)的降解，修复受重金属污染的土壤等，并对今后的研究方向做了探讨。
关键词：生物表面活性剂 生物修复 重金属 多环芳烃
生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在代谢过程中分泌的具有表面活性的代谢产物。与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有许多独特的属性，如：结构的多样性、生物可降解性、广泛的生物活性及对环境的温和性等[1]。由于化学合成表面活性剂受原材料、价格和产品性能等因素的影响，且在生产和使用过程中常会严重污染环境及危害人类健康。因此，随着人类环保和健康意识的增强，近二十多年来，对生物表面活性剂的研究日益增多，发展很快，国外已就多种生物表面活性剂及其生产工艺申请了专利[2]，如乙酸钙不动杆菌生产的一种胞外生物乳化剂已经有了成品出售。国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚，但近年来也给予了高度重视，其中研究最多的就是生物表面活性剂在提高石油采收率以及生物修复中的应用。
1 生物表面活性剂的种类及其生产菌
1.1 生物表面活性剂的种类
化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类，而生物表面活性剂则通过它们的生化性质和生产菌的不同来区分。一般可分为五种类型：糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性剂[1]。
1.2 生物表面活性剂的生产菌
大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如Banat等[3]从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株：芽孢杆菌AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌[2,4]。
表1 生物表面活性剂的种类及其生产菌
生物表面活性剂
生产菌
海藻糖脂
石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)
棒状杆菌(Corynebacterium spp.)
红平红球菌(Rhodococus erythropolis)
鼠李糖脂
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)
槐糖脂
解脂假丝酵母(Candida lipolytica) 球拟酵母(Torulopsis bombicola)
葡萄糖、果糖、蔗糖脂
棒状杆菌(Corynebacterium spp.)
红平红球菌(R.. erythropolis)
纤维二糖脂
玉蜀黍黑粉菌(Ustilago maydis)
脂多糖
乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus RAG1)
假单胞菌(Pseudomonas spp.)
脂肽
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis) 荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)
鸟氨酸，赖氨酸，缩氨酸
氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)
盐屋链霉菌(Streptomyces sioyaensia)
葡萄糖杆菌(Gluconobacter cerinus)
磷脂
氧化硫硫杆菌(T. thiooxidans)
脂肪酸
野兔棒状杆菌(Corynebacterium lepus)
石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)
2 生物表面活性剂的生产
目前，可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。
采用发酵法生产时，生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段，碳基质的性质，培养基中N、P 和金属离子Mg2+、Fe2+的浓度以及培养条件(pH、温度、搅拌速度等)。 如Davis等[5]在成批培养枯草芽孢杆菌时发现，在溶解氧耗尽和限氮条件下可得最大浓度(439.0 mg/L)的莎梵婷。Kitamoto等[6]利用南极假丝酵母的休止细胞生产甘露糖赤藓糖醇脂，对培养条件进行优化后，最高产量可达140 g/L。发酵法生产生物表面活性剂的优点在于生产费用低、种类多样和工艺简便等，便于大规模工业化生产，但产物的分离纯化成本较高。
与微生物发酵法相比，酶法合成的表面活性剂分子多是一些结构相对简单的分子，但同样具有优良的表面活性。其优点在于产物的提取费用低、次级结构改良方便、容易提纯以及固定化酶可重复使用等，且酶法合成的表面活性剂可用于生产高附加值产品，如药品组分。尽管现阶段酶制剂成本较高，但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性，有望降低其生产成本。
3 生物表面活性剂的提取
发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%，这是生物表面活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物表面活性剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法，如Kuyukina等[7]利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的生物表面活性剂，可以获得较高产率10 mg/L。超滤是用于提取生物表面活性剂的一种新方法。Lin等[8]用分子量截止值为30000 Da的超滤膜从发酵液中提取枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物表面活性剂莎梵婷，收率达95%。Mattei等设计了一套连续提取生物表面活性剂的装置，应用切面流过滤法能连续提取产物，产率高达3 g/L[1]。能与连续发酵生产配套的产物提取方法有泡沫分离、离子交换树脂法等。Davis等[9]用泡沫分离法连续提取枯草芽孢杆菌产生的莎梵婷,收率达71.4%。鼠李糖脂的提取过程是先离心过滤除去细胞，再通过吸附色谱将鼠李糖脂浓缩在安珀莱特XAD-2树脂上，后用离子交换色谱法提纯，最后将液体蒸发和冷冻干燥可得纯度为90%的成品，收率达60%[2]。
4 生物表面活性剂在环境工程中的应用
许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境，相比之下，生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治理。如：在废水处理工艺中可作为浮选捕收剂与带电胶粒相吸以除去有毒金属离子，修复受有机物和重金属污染的场地等。
4.1 在废水处理工艺中的应用
用生物法处理废水时，重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用，因此，在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前，常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子，但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制，应用效果不甚理想；浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠)，易产生二次污染而受限制，因此，有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品，而生物表面活性剂恰好具有这一优势。但是，国内外对这一方面的应用研究很少，直到最近才有报道。Zouboulis 等[10]研究了生物表面活性剂作为捕收剂除去广泛存在于工业废水中的两种有毒金属离子：Cr4＋和Zn2＋。结果表明,莎梵婷和地衣芽孢杆菌素在pH为4 时均能很好地从废水中分离吸附了Cr4＋的αFeO(OH)或Cr4＋与 FeCl3•6H2O形成的螯合物，极大地提高了Cr4＋(50 mg/L)的去除率，几乎可达100%；在pH为6时，莎梵婷对螯合物中的Zn2＋(50 mg/L)去除率高达96%，而在相同条件下，地衣芽孢杆菌素的处理效果不明显，去除率为50%左右。
阳离子表面活性剂在电技术上的应用
—表面物理化学在微电子学上的应用
摘要：
阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化、杀菌、抗静电、柔软等。其在表面活性剂这一大类中也占着重要的位置，阳离子表面活性剂在电技术上也有一定应用，例如：制造硅片表面保护板的重要成分；作为洗涤剂用于清洗电子元件及设备。另外,全氟阳离子表面活性剂用作电子元件助焊剂; 季铵盐用于陶瓷成型及电工陶瓷的制造；在一种具有很好的电流变性效果和稳定性的电黏流体中含有0.01%～10%(w%)的阳离子表面活性剂。
关键词：
阳离子表面活性剂 作用 电技术
前言：
近年来,阳离子表面活性剂(阳离子表面活性剂)的增长速度要比阴离子和非离子快得多。阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化、杀菌、抗静电、柔软等。这些性能不仅构成了阳离子表面活性剂在传统应用领域中的应用基础,而且使其应用领域不断拓宽,在近年来发展起来的高新技术中获得了广泛的应用。素有“工业味精”之称的表面活性剂(表面活性剂)与高新技术的结合将是一种必然趋势,也是表面活性剂领域本身发展的一种需要。
正文
表面活性剂
1.概念：
表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
2.组成：分子结构具有两亲性
非极性烃链： 8个碳原子以上烃链
极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。
3.吸附性：
溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性，
固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，
极性固体表面可发生多层吸附。
表面活性剂按照其极性基团的结构可分为以下几类。
1、阳离子型表面活性剂 2、阴离子型表面活性剂 3、两性表面活性剂 4、非离子型表面活性剂 5、特殊类表面活性剂。
阳离子型表面活性剂
生产阳离子表面活性剂所用的原料: 硫酸二甲酯 。
阳离子表面活性剂其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳电荷的。亲油基一般是长碳链烃基。亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子。分子中的阴离子不具有表面活性，通常是单个原子或基团，如氯、溴、醋酸根离子等。阳离子表面活性剂带有正电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相反，两者配合使用一般会形成沉淀，丧失表面活性。它能和非离子表面活性剂配合使用。
阳离子型具有表面活性的是阳离子部分。几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，就是有机胺的衍生物。主要有季铵盐、烷基吡啶盐。阳离子表面活性剂可以作为杀菌剂，也有柔软、脱脂、破乳、抗静电作用。一般来说它不具备去污能力，不能和阴离子表面活性剂配伍使用。
（1）有机胺的盐酸盐或醋酸盐（RNH2•HCI或RNH2•HAC）。它可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂以及作为颜料粉末表面改性剂。其缺点是当溶液的pH> 7时，自由胺容易析出，从而失去表面活性。
（2）季铵盐（R1R2N＋R3R4）。一般常用的阳离子表面活性剂为季铵盐。四个R基中，一般只有1～2个R基是长碳氢链．其余的R基的碳原子数大多为1～2个，如十六烷基三甲基溴化铵（俗称1631）季铵盐不受pH值变化的影响，不论在酸性、中性，碱性介质中，均无变化。
季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。由于大部分纤维表面带负电，用季铵盐阳离子表面活性剂可中和其电荷，因此有较好的抗静电作用。它们能在纤维表面形成疏水油膜，降低纤维的摩擦系数使之具有柔软、平滑的效果所以可作柔软剂。这种表面活，生剂除可作抗静电剂柔软剂外，还可作护发产品中的头发定型调理剂，纺织工业中的匀染固色剂。
（3）吡啶盐（NC5H5的衍生物）。季铵盐的一种如十二烷基吡啶盐酸盐：C12H25（NC5H5十Cl－。
在电子技术中的应用
1、在电子技术中,基于阳离子表面活性剂的抗静电性和固体表面疏水化特性,阳离子表面活性剂是制造硅片表面保护板的重要成分。
阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化。
季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。由于大部分纤维表面带负电，用季铵盐阳离子表面活性剂可中和其电荷，因此有较好的抗静电作用。
2、阳离子表面活性剂也可作为洗涤剂用于清洗电子元件及设备。
如：.聚氧乙烯基阳离子、双生和三生阳离子、酯基季铵盐阳离子。
他们洗涤作用的基本步骤为
1）吸附 洗涤剂分子或离子在污垢及纤维的界面上发生定向吸附。
2）润湿与渗透 由于洗涤剂分子的定向吸附，洗涤剂渗透到污垢和纤维之间使污垢与纤维被润湿，从而减弱了污垢在纤维上的附着力。
3）污垢的脱落 因洗涤剂减弱了污垢与纤维表面的附着力，再施以机械作用就促使污垢从纤维表面脱落。
4）污垢的分散与稳定 由于洗涤剂的胶体性质，使脱离纤维表面的污垢分散在洗涤液中，并被乳化，或在胶束中被增溶，形成稳定的分散体系，已经乳化的污垢就不再附着于纤维上面。
洗涤作用的第一步是洗涤液润湿被洗物品表面,第二步是油污的去除。
液体油污的去除是通过“蜷缩”机理而实现的。
对固体污垢的去除，主要是由于表面活性剂在固体污垢质点及固体表面的吸附在洗涤过程中，首先，发生的是洗涤液对污垢质点和固体表面的润湿。根据，
如洗涤液中有表面活性剂存在，由于表面活性剂在固／液界面及溶液表面的吸附，γs-w、γw-G大大下降，因此铺展系数S可能变得大于零，洗涤液因此就能很好地润湿污垢质点表面，由于润湿后，表面活性剂分子会进一步插入污垢质点及织物间，使得污垢质点在织物表面的粘附力变弱，经机械作用，也比较容易自固体表面上除去。
3、全氟阳离子表面活性剂用作电子元件助焊剂.
如：N－[3－（二甲氨基）－丙基]全氟辛基磺酰胺碘化物
结构式: C8F17SO2NH(CH2)3N+(CH3)2I-
|
CH3
分子量: 726
外 观: 黄色膏体/固体
离子性: 阳离子
含 量: 90－95% 以上
稳定性: 长期存放
表面张力mN/m(25°C，0.1%水溶液）： 17
用 途: 主要用于电子元件助焊剂，降低了助焊剂的表面张力，增强被焊点的湿润性提高了表面的吸附能力，可使焊点饱满、焊剂残留物少、干燥快、消光性好、避免了虚焊、连焊、漏焊等缺陷；用于碱性电池改善电池放电、充电的循环功能，抑制电极氧化、延长电池使用寿命。
表面活性剂的湿润作用：
固体表面能愈高，即γs-g越大，愈易润湿。即高表面能固体比低表面能固体易于润湿。高能固体表面与一般液体接触，体系表面的吉布斯白由能将有较大降低，故能为一般液体所润湿；低能固体表面一般润湿性能不好。为了改变液体对固体表面的润湿性能，常于液体中加入某种表面活性剂。它主要起两方面的作用。
（1） 在固体表面发生吸附，改变固体表面性质。
（2） 提高液体的润湿能力
表面活性剂的乳化作用：
为了得到稳定的乳状液，常加入表面活性剂，其作用是：
（1）增加界面强度。
（2）降低界面张力表面活性剂在相界面上会发生吸附。由于吸附，表面活性剂分子定向、紧密地吸附在油／水界面上，使界面能降低，防止了油或水聚集。
（3）界面电荷的产生。
4、季铵盐用于陶瓷成型及电工陶瓷的制造。
5、在一种具有很好的电流变性效果和稳定性的电黏流体中含有0.01%～10%(w%)的阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的应用范围十分广泛，在电子技术上的应用只是其的冰山一角，它更广泛地应用于新材料技术、能源技术、生命科学与生物技术。阳离子表面活性剂还能直接或间接地用于其他领域,如航空航天､海洋工程等。
阳离子表面活性剂成功地应用于电子技术领域仅是一系列典型的例子而已。事实上,整个表面活性剂工业将逐渐融入高新技术领域。因而,表面活性剂工业应抓住机遇,搭上高新技术产业高速发展的便车以谋求自身更大的发展。这也正是表面活性剂工业未来之希望。
我转一篇服装抗静电剂的论文供您参考吧，希望能对您工作有用。 几种抗静电剂在涤纶织物上的应用 (广州振科科技有限公司 广州510655） 摘要：通过几种不同的抗静电剂在涤纶织物上的应用对比，表明了阳离子型表面活性剂在抗静电领域的特殊价值，找出了最优的抗静电剂ZK38。 关键词：涤纶 抗静电剂 阳离子表面活性剂 Abstract：Compare with any other kind of products,such as PKA,NB908,ZK38 antistatic agent is a kind of quanternary ammonium salt cationic surfactant which has the characteristics of good antistatic effect on polyester fibre. Key words: polyester fibre ;antistatic agent; cation surfactant 前言 涤纶是一种应用广泛的合成纤维，其产量居世界合成纤维之首。但由于其分子结构高度对称而且亚苯基键刚性强，因而具有疏水性、难染性、易产生静电、易燃等缺点。在纺造过程中，由于带静电易从空气中吸引灰尘和飞毛，使织物上产生集中的深色污点；在穿着过程中，由于静电不仅大量吸附灰尘，易玷污，而且衣服与人体、衣服与衣服也会发生缠附现象。因此，消除或减弱涤纶所带的静电已成为当前研究的重要课题。 1.抗静电剂的分类 涤纶消除静电的方法有许多种，这里讨论的方法是常见的抗静电剂法，即用抗静电剂对纤维及其织物表面处理，降低纤维的比电阻，从而提高涤纶的抗静电性，以消除静电。抗静电剂大多数为表面活性剂，它具有极性基团，可以吸湿，使聚合体的表面电阻减小，加快静电荷的散逸。目前，抗静电剂品种很多，按离子型分类法，主要有阴离子型、阳离子型、两性及非离子型四种抗静电剂。 其优缺点如下： 阴离子抗静电剂应用最广泛，但如何针对不同种类的纤维确定烷基数及中和剂等工作十分复杂。 阳离子抗静电剂对纤维的吸附性最强，因此，显示出最好的抗静电效果，尤其作为纤维制品的抗静电剂，不仅抗静电性好，而且使纺织产品手感得到明显地改善。 两性抗静电剂，其效果可与阳离子抗静电剂媲美，但价格昂贵，故目前使用范围不大。非离子型抗静电剂，在一般湿度下抗静电效果一般，但在低湿度情况下却显露出明显的抗静电效果。 2.阳离子表面活性剂的抗静电原理 阳离子表面活性剂带有正电荷，而大多数纤维表面带有负电荷，由于相反电荷中和，抗静电效果比阴离子型和非离子型好，此外，它还能在纤维表面形成憎水性油膜，降低纤维的摩擦系数，显示出柔软平滑效果。以季胺盐为例，它是由亲水基团和疏水基团所组成的。其疏水基结构与阴离子表面活性剂相似，疏水基和亲水基的连接方式也很类同，即除亲水基直接连在疏水链上外，往往还通过酯、醚、酰胺等形式来连接，但溶于水时，其亲水基呈现正电荷(其亲水基团主要为碱性氮原子，也有磷、硫、碘等)。由于其极强的吸附能力，容易在基体表面上形成亲油性膜及产生阳电性，故广泛用作纺织品的柔软剂及抗静电剂等(前者是由于亲油性膜的形成而使纺织品有憎水的作用以及能显著地降低纤维表面的静摩擦系数，从而使纤维具有良好的平滑性，而后者则是阳电性作用的表现)。对于通常带有负电荷的纺织品来讲，它的吸附能力比阴离子和非离子强。正是这种特殊性质决定了阳离子表面活性剂在抗静电领域的特殊价值。 3.实验部分： 3.1实验材料 聚酯布 3.2主要试剂 ⑴抗静电剂PKA ⑵抗静电剂NB908 ⑶抗静电剂ZK38 阳离子型表面活性剂 3.3主要仪器、设备 烘箱：101一A型数显电热鼓风干燥箱，上海锦屏仪器仪表有限公司通州分公司； ZC36型高阻计，测量范围：106 ～1017Ω上海精密科学仪器有限公司第六电表厂 3.4性能测试 表面电阻按GB/T16801-1997测试。 4.结果讨论 Fig4.1不同浓度的抗静电剂处理后的涤纶织物表面电阻值 Fig4.1给出了不同浓度的抗静电剂溶液处理的纤维的抗静电效果。由图可见，随着抗静电剂溶液浓度的增加，表面电阻值减少即试样的抗静效果增强。但浓度由1%增加到2%的时候，抗静电效果变化比较明显，而由2%继续增至4%时，变化已经趋于平稳了。这可以解释为，当溶液浓度较稀时，浓度的增加可以使纤维表面吸附量增大；随着溶液浓度的增大，纤维表面的吸附量逐渐接近饱和，抗静电剂的浓度增加对抗静电性能的影响就很小了。 从上图中还可以看出，1%的ZK38的抗静电效果远远优于4%的抗静电剂PKA。 Fig4.2相同成本的抗静电剂处理后的涤纶织物表面电阻值 从Fig4.2可以很直观的看出，相同成本的抗静电剂溶液处理后的纤维的抗静电效果。由图可见，抗静电剂的量为0.15元/L时，即抗静电剂PKA，抗静电剂NB908和抗静电剂ZK38的加入量分别是15g/L,9.5g/L和3g/L处理后的纤维的抗静电效果是用ZK38处理的最好，抗静电效果的优劣关系分别是：ZK38＞NB908＞PKA；当同时增大抗静电剂的用量，使抗静电剂的成本升高至0.5元/L,随着抗静电剂浓度的增加，表面电阻值都明显降低，但抗静电效果的关系仍保持一致——在三者中，ZK38的抗静电效果不但最优，而且同时具有最高的性能价格比。 5.结论 ⑴通过用不同浓度的抗静电剂处理涤纶织物，表明抗静电剂的浓度和纤维的抗静电性能的关系：随着抗静电剂浓度的增大，纤维的抗静电性能增强；当纤维表面吸附抗静电剂逐渐趋于饱和时，纤维的抗静电性能将不再增强。 ⑵通过不同种类的抗静电剂在相同浓度和相同成本条件下，处理涤纶织物的后织物的抗静电性能的变化对比，找出了对涤纶等合成纤维具有性能最优，同时也具有最佳性能价格比的阳离子型抗静电剂ZK38。
