生物表面活性剂发展状况

我了解的表面活性剂(Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ)是一类重要的化工原料,素有“工业味精”之称,它在石油工业、环境工程、食品工业、精细化工等许多领域中占有特殊和重要的地位目前,几乎所有的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来,化学合成的表面活性剂在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题生物表面活性剂(Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ)是表面活性剂家族中的后起之秀,它是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂除具有降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等相同作用外,还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒、能生物降解等优点生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石油工业和环境工程,如石油的生物降粘、提高原油采收率、重油污染土壤的生物修复等另外,生物表面活性剂作为天然添加剂,在食品工业、精细化工、医药和农业等工业方面也愈来愈受到人们的青睐随着人们崇尚自然和环保意识的增强,生物表面活性剂将有更加广阔的应用前景,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品1　生物表面活性剂的研究历史早在20世纪40年代,Ｚｏｂｅｌｌ在研究硫酸盐还原细菌从沙粒中释放原油的机制时就指出,微生物产生表面活性剂是细菌驱油的主要机制之一1957年,捷克的Ｄｏｓｔａｌｅｋ和Ｓｐｕｍｙ把脱硫弧菌(Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ)和假单胞菌同糖蜜一起注入油层,原油产量提高他们认为,可能是细菌产生的表面活性物质,改变了岩石 油 水三相系统的界面张力所致60年代后,石油工业开始发展,微生物对烃类物质的乳化机制引起关注对提取的微生物表面活性剂集中于结构、性能、生物合成及调控的研究1976年,Ｚａｊｉｅ和Ｐａｎｃｈａｌ综述了微生物乳化剂的来源及特性,预测了其应用潜力1980年,Ｃｏｏｐｅｒ和Ｚａｊｉｅ评述了微生物表面活性剂的化学特性1984年,Ｚａｊｉｅ和Ｓｅｆｆｅｎｓ阐述了微生物表面活性剂的理化性能1991年,Ｖａｎｄｅｒ等进行的轴对称液滴分析(ＡＤＳＡ)非常有效,其他比较简单的方法有快速液滴破裂实验、产表面活性剂菌落的薄层层析及比色法检测解烃细菌与产鼠李糖脂的细菌近年来的研究热点是发展快速检测表面活性剂高产菌株并评价其潜力的方法用微生物发酵法生产表面活性剂是70年代后期发展起来的加拿大、英国、德国、前苏联等主要研究并开发各类新型生物表面活性剂、寻找最适生产条件,表面活性剂结构剖析与改性,物化性能测试,室内驱油物理模拟等Ｚａｊｉｅ实验室几个产品已商业化Ｓｉｎｇｅｒ实验室选育的一种细菌,以正构烷烃为唯一碳源,产生一种胞外和胞内糖脂型表面活性剂,使重油粘度降低95%以上,形成稳定的水包油乳状液2　生物表面活性剂的种类及其微生物来源2、1　生物表面活性剂的种类微生物产生的生物表面活性剂包括许多不同的种类依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物和全胞表面本身等五大类2、2　产生生物表面活性剂的微生物来源生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌(霉菌)等产生微生物发酵法生产生物表面活性剂的生产菌种大致可分为三类:一类是严格以烷烃作为碳源的微生物,如棒状杆菌Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐ.;一类是以水溶性底物为碳源的微生物,如杆菌Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ.;另一类可以烷烃和水溶性底物两者作为碳源,如假单孢菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.表1列出了生物表面活性剂的种类及其微生物来源3　生物表面活性剂的性能生物表面活性剂的分子结构中既有极性基团又有非极性基团,是一类中性两极分子亲水基团可以是离子或非离子形式的单糖、二糖、多糖、羧基、氨基或肽链;疏水基团则由饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸或带羟基的脂肪酸组成对于像蛋白质-多糖复合物等一些分子量较大的生物表面活性剂分子,其亲水和疏水部分可以由不同的分子组成生物表面活性剂能在两相界面定向排列形成分子层,能降低界面的能量,即表面张力,多数生物表面活性剂可将表面张力减小至30ｍＮ ｍ它们在决定界面的流变学特性以及在两相间物质传递方面起着十分重要的作用生物表面活性剂具有良好的热及化学稳定性,如由地衣芽孢杆菌产生的脂肽在75℃时至少可耐热140ｈ生物表面活性剂在ｐＨ5 5～12之间保持稳定,当ｐＨ小于5 5时,会逐渐失活与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂更具优越性,表现在其反应产物均一,可引进新类型的化学基团,其中有些基团是化学方法难以合成的;生物表面活性剂安全、无毒、生产工艺简单,常温常压下即可发生反应4　生物表面活性剂的应用物表面活性剂有非常广泛的应用,能用于石油开采业、环境工程、食品工业、农业和精细化工等行业然而最有应用前景的是清除污染的油罐、重油的运移和提高原油采收率4、1　应用于石油开采业(ＭＥＯＲ技术)由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高,所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发酵液微生物强化采油(ｍｉｃｒｏｂｉａｌｅｎｈａ水处理药剂ｎｃｅｄｏｉｌｒｅｃｏｖｅｒｙ,ＭＥＯＲ)技术就是指往油层中注入某些微生物,同时注入一些微生物生长所必需的营养物,这些微生物在生长的同时,能产生生物表面活性剂这些生物表面活性剂可降低原油与水两相界面的张力,从而可提高油田的开采量ＭＥＯＲ技术是生物表面活性剂的一个重要应用领域在油田开采中,应用一次及二次采油技术开采后,仍有大约70%的原油滞留在储油层中为进一步采集这些极为可观的残留原油,通常向油井中注入化学合成的表面活性剂,以降低原油与水的界面张力,使地层毛细管孔隙中所夹持的原油大量释放出来,从而提高原油采收率但化学合成的表面活性剂通常难以生物降解,会造成严重的环境污染而生物表面活性剂可被微生物降解,所以不会对环境造成污染直接向地下注入产生物表面活性剂的微生物,并配以适当的营养物质,以地下石油为唯一碳源,将油层当作生物反应器的微生物驱采油方法是目前国内外力争攻克的难题微生物驱与化学驱的重要区别是微生物不但可沿注水压差方向运移,还可在油层中纵深迁移,并与水驱难以扫及的原油作用,大大提高了水驱或化学驱的波及效率