介面活性劑之選用,除了要考慮效果好,使用方便,價錢便宜外;亦應考量其整個生命週期衝擊(life cycle impact,LCI)﹔亦即要分析其對整個生態系統之影響、能源之消耗、二氧化碳溫室氣體的效應等。換言之,除了價格外,亦應將環境及生態之價格(environmental and ecological costs,E&E cost)納入考量。Rhamnolipid具有很強的清潔除污性能,除了作為清潔劑、乳化劑之用外,尚可供污染整治、漏油阻斷、促進油污回收、貯油槽清洗等用途。此外,亦可用於土壤淋洗、廢水處理,清除土壤重金屬污染、農藥污染等。1.漏油之污染處理過去美國阿拉斯加的Exxon Valdez公司為了處理油田的漏油,曾採用擬油施肥法(oleophikic fertilizers)以增加微生物之氮、磷源,促進土壤微生物之活躍,加速漏油之生物降解。亦曾嚐試以基因改良微生物,或使用化學介面活性劑,但成效均不佳,只得仍沿用高壓熱水沖洗方式,清除漏油之油污。後來發現在石油中滋長的某些種微生物具有生產介面活性劑之功能,將油污乳化溶於水,以去除油污染。油污經乳化可溶於水後,即易為環境微生物所消化分解。據Harvey等(1990)報告稱Pseudomonas aeruginosa品系生產之rhamnolipid可以有效的降低油水間之介面張力,為良好之水中油污分散劑。此與化學介面活性劑不同,生物介面活性劑無毒,抗腐蝕性,可生物分解,對環境生態友善。彼以0.1 ﹪之rhamnolipid在燒杯內混以油污,十分鐘後,油水清澈分離。另阿拉斯加海岸岩壁沉積多年的油污,由於蒸發、風乾之影響,以致太黏,牢不可去。Exxon Valdez公司以1 ﹪rhamnolipid溶液,加溫 30-50℃,用消防水管沖淋,接觸一分鐘,瞬間即被清除。其實早在1977年Gutnick &Rosenberg即報告稱,利用Acinetabacter calcoaceticus可生產萃取乳化劑,稱之『Emulsan』,只要極少量,即可清洗油污染設備,減低輸油管原油之黏稠度,並可用來處理漏油事件。石油貯槽底常蓄積許多重金屬、污泥,每年必須定期清除。過去清除作業多用化學介面活性劑,常發生危險、耗時、耗力、耗錢。Banat等(1991)以生物介面活性劑取代,不論其為水中油,抑或油中水,生物介面活性劑可以形成大乳化及微乳化作用,降低污泥之黏稠度,以方便幫浦抽取,且油水經乳化作用後,容易隔離分餾;除了可以很順利的清除石油貯槽底的污泥外,尚可從污泥內回收90 ﹪之碳氫化物,混於原油再次提煉。2.土壤污染整治土壤及地下水污染整治,過去多用氣提法(pump and treat),但由於流洗出來高濃度之重金屬末端效應(tailing effect),處理耗時、耗力;尤其是在許多有機污染物同時造成之污染(co-contamination)時,土壤中原有之微生物棲群,因受重金屬毒害之衝擊,而影響有機污染物之生物降解。如於氣提法中添加生物介面活性劑,則可以有效的清除此末端效應;且由於生物介面活性劑可以減輕重金屬之毒性,而有助於土壤微生物對於有機污染物之快速生物降解。Van等(1993)報告稱,rhamnolipid可以加強土壤中naphthalene、anthracene、 phenanthrene、fluorene、2, 2’ ,5, 5’ -tetrachlorobiphenyl以及3, 3’ ,4, 4’ ,5, 5’ -hexachlorobiphenyl等污染物之清除,且與土壤質地有關,其作用依序為:砂質易於壤土,壤土易於黏土。Holden等(2002)亦稱Pseudomonas aeruginosa 喜在砂質土壤產生介面活性劑。Zhang &Miller(1992)在疏水性octadecane場址,添加300 mg/L之rhamnolipid,octadecane在溶液中之分散率由0.009 mg/L增至250 mg/L以上。Ranman等(2002)將遭受石油污染之土壤,分別以rhamnolipid 之0.1 ﹪及1 ﹪溶液處理60天後,碳氫污染物分別分解67 ﹪及78 ﹪,對種子萌芽、作物葉綠素含量均具改良作用。Ouyan等(2002)指出土壤浸透壓力增加,將不利於trichloroethylene, tetrachloroethylene等非水溶性液體(non-aqueous phase liquids, NPALs)在土壤孔隙中。當以rhamnolipid淋洗受NPALs污染之土壤時,會促使土壤起微乳化作用,將NPALs乳化於水中,易於自土壤中清除。Gu和Chang(2001)利用固定重組燐光細菌(immobilized recombinant bioluminescent bacterium)產生燐光之特性檢測受PAHs(polycylic aromatic hydrocarbons)污染之土壤,發現添加生物界面活性劑後,可降低生物燐光;亦即PAHs已被分解。
3.其他用途市售sorphorolipid主要有酸型及內酯型兩型,但以內酯型為主,具有很強的抗脂肪酵素活性,據Frank(2001)之報告,其濃度在0.25-0.5 ﹪可以抑制70-75 ﹪的脂肪酵素活性,可用於去除臉龐之粉刺、體臭及其他個人照護,可供為化妝品之原料。
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大部份的生物介面活性劑為糖脂質(glycolipids),其碳氫化合物之一端,具有長鏈的脂肪酸;他端則為脂胜類(lipopeptides)、脂蛋白(lipoproteins)以及異多醣類(heteropolysaccharides)。Deziel
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由於生物介面活性劑多用於碳氫化合物污染之清除處理,其生產亦多自碳氫化合物降解菌(hydrocarbon degrading microorganisms)培養液中萃取而得。據Banat(1995)之報告,生產生物介面活性劑之微生物常見的有14個屬28種;產生的生物介面活性劑有18
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Inoh(2001)稱從非水溶性化學污染物上分離出之某種微生物,將此等微生物予以純化培養,於其培養液中可萃取得某些種化學物質;此等化學物質可使得液體之表面活性化,具有介面活性劑之功能,稱之為『生物介面活性劑(biosurfactant)』。另依Banat(1995)之定義,生物介面活性劑為微生物所產生之一群異質介面活性化分子,此分子可以降低液體溶液與碳氫化合物混合之表面張力、微膠粒臨界濃度、介面張力。在微膠粒產生過程中,可以使溶液藉由微乳化作用,使碳氫化合物溶於水中,或使水溶於碳氫化合物中。其分子構造包括親水性之原子團(諸如:氨基酸、胜類、陽離子、陰離子、單醣、雙醣或多醣等)與親脂(疏水)性之原子團(諸如:飽和、不飽和或羥基脂肪酸,或疏水性脂胜類等)。Ochsner等(1996) 稱生物介面活性劑係整合生物生理學、生化學、分子生物學以及基因學所產製之細胞外萃取物
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介面活性劑為吸著於兩相(two phases)之介面,使其表面張力或介面張力降低,並在水中達一定之濃度時會合而形成集合體,使溶解中之一群物質,在一分子中兼具有非極性(nonpolar)之油性基及具極性(polar)之親水基,由此二基適當的平衡(hydrophilic lipophilic balance,HLB)而表現介面活性。易言之,介面活性劑為促進油脂易溶於水中,可以降低兩相間之表面張力,或油水間之介面張力。
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一般如灰塵、糖等髒污可以輕易洗去,而油脂因不溶於水,所以光靠水無法洗淨。化學清潔劑的主成份──界面活性劑,可以結合油、水,因此變成比較容易用水清洗。
界面活性劑是肥皂及各類清潔劑之主要成份,有1800種,四大類,在過去是不可避免。但是使用界面活性劑進行清潔工作,僅將髒污帶走,會造成二次汙染。化學毒性也是值得顧慮的問題,在功效與安全性二者間常常無法兼顧,所以化學清潔劑漸漸的強調使用較低毒性的界面活性劑,在環保上強調使用軟性的(較容易被大自然活菌分解),高生物分解度的原料,同時不再添加增強清洗力的磷酸鹽(避免河川優養化),也不再為了好看添加“螢光劑”。
市面上部份產品為了迎合人們心理幻想,強調用天然的油脂,甚至說產品是完全天然的,其實所有的界面活性劑都是油脂經化工合成而來,用油脂怎麼可能洗去油膩呢?
油脂在偏鹼的配方下較容易洗淨,要添加苛性鈉(強鹼)或大、小蘇打(輕鹼),其主要的來源是海鹽(氯化鈉)中的鈉,所以“來自海水”只是美麗但沒有什麼意義的宣傳而已。總之,所有化學清潔劑都在改進,但是改不了基本清潔原理、原料及會造成二次汙染的本質。
一般的清潔劑清除油污的原理在國中的理化課裡面有教,不過現在普通的清潔劑很多都被列為污染物,比較深度一點的去污原理事這樣的:大凡這些清潔劑有機污染物共同的特徵為:其表面張力極大,水溶解度極低,極難溶於水。由於其難溶於水,除了少數幾種微生物外,一般自然界或土壤中微生物,無法將其吸收、消化、分解,因而在環境中蓄積,長存於自然環境中;更由於其脂溶性,遂隨著生物之食物鏈而生物轉移、生物累積、生物濃縮於高階生物體內,進而造成自然生態體系之破壞,甚至於危及人類之健康或繁衍後代;許多種動物更可能因此瀕臨絕種。其他有機污染物亦有類似的危害,例如去年在屏東墾丁外海擱淺的阿瑪斯號油輪,因漏油造成整個海域的污染;事後雖然大部份的原油已經撈除,但殘留於海灘、岩壁之油漬、油污,由於無法為水分子所溶解,將無法為一般自然界或土壤中微生物所取食或利用,亦即無法產生生物降解,造成沿海整個生態之浩劫。
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由髒污的變化去處觀察,清潔的原理可概分為以下三種:
一、將污染物取出 溶於水移走原本溶於水的汙物,加入水以後,利用機械攪伴,使汙物溶出後移走(沖洗、旋乾…..)。如糖、灰塵等。原本不太溶於水的汙物,加入各種“界面活性劑”使汙染物可以溶於水(在水中形成微胞)再移走它們。如油脂、蛋白質等。
溶於溶劑溶走有些頑垢雖不易溶於水,但卻溶於一些有機溶劑,如苯、甲苯、酒精、三氯乙烷,所以可以用這些溶劑進行“乾洗”(不用水),但要考慮成本、毒性、公害、傷害質地等因素。
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清潔劑的演進
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第一代
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第二代
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第三代
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時段
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BC 2500~1960
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1960~今
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1990~未來
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技術背景
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經驗觀察
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化學合成技術
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生物科技、生態科技
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產品內容
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草木灰、黃豆粉、醋、檸檬、肥皂
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化學界面活性劑、強酸、強鹼、強氧化劑、人工香料、有機溶劑、防腐劑
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酵素、活菌、礦物元素、 微量元素
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作用原理
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天然弱酸、鹼的氧化作用或天然皂素的界面活性作用結合汙物,再以水帶走
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利用化學品的各種乳化、氧化、溶解作用,結合汙染物再用水帶走
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酵素將汙染物分解成小分子;活菌將它們徹底分解成水和二氧化碳;礦物元素具高生物分解度99%
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產品特色
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老祖母傳承下來的清潔經驗,適合汙染不多、不頑強的場合
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化學工程所創造快速有效,品類繁多的各式產品
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生物科技取用大自然的清潔原理,清潔的同時也完成除臭及抑制雜菌的生長;生態科技從海洋深海、植物、礦石中萃取礦其礦物元素完全天然無毒、使皮膚恢復應有功能
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環保觀念
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少量使用汙染不大
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危害自然深而長遠
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保護生態環境淨化汙染
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健康顧慮
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安全
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大部分不安全
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安全
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改進方向
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無
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用軟性的(易分解),少添加磷、螢光劑,以天然油脂做原料
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為了綠色的地球及更健康的居家環境,發展正日新月異中
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化學清潔劑造成肝腎損害
實驗所產生的變化,首先就是肝細胞中的粒線體開始變化,同時會擴散到細胞縫隙,細胞間的縫細會增大。因為接觸的相鄰細胞死亡或變小、萎縮,細胞尾縮的結果。另一個原因就是動物血中的鈣離子減少所造成的。第二個重要變化就是肝細胞膜破裂,細胞內物質脫出的症狀,也就是細胞死亡的狀態。在腎臟以及塗抹牙膏的舌的細胞。也出現同樣的症狀。
日本科學技術廳研究調整局的長谷川弘道先生等人所進行的研究結果。結論是「塗抹洗劑二十四小時內,肝細胞粒線體機能受損,會使大量的LAS侵入肝細胞內」。
肝臟也可說是個有毒物質無毒化的場所。但若因為合成洗劑而引起病變時,機能就會減退。肝臟對於人類所製造出來的化學物質,並不具有任何的分解酵素。據報告顯示,給於洗劑時,第一天洗劑即出現在肝臟。一週後發現洗劑存在於各個臟器、骨骼、肌肉和腦中。我們也可說這是所有物質共通的問題。腎臟製造出尿液,水溶性的多餘物質會增加腎臟的負荷,所以緊接肝臟之觀察腎臟,發現腎臟也出現同樣的變化,表示腎功能也急速減退。
具有殺菌作用的陽離子系列的合成界面活性劑。陽離子界面活性劑比陰離子介面活性劑更加刺激皮膚,而且引起較強的皮膚病變。
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