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科技前沿!谈谈生物表面活性剂及其在修复石油污染中的应用

       石油开采、加工、运输、储存过程的泄漏所引起的海洋石油污染与土壤污染事件频发,造成了巨大的经济损失,严重破坏了自然生态环境,影响人类健康。与其他水溶性污染物相比,石油中的烃类,尤其是多环芳烃等难降解的疏水性物质阻碍了油的分散,使得微生物和油接触的表面积大大减少,从而降低了微生物降解石油的效果。因此在石油的微生物降解、修复过程中,常采用生物表面活性剂促进石油类物质的乳化溶解,形成小油滴以便微生物利用。

       生物表面活性剂是微生物在一定条件下代谢产生的同时拥有亲水性和疏水性、并具有一定表面活性的两亲化合物。生物表面活性剂结构庞大、复杂,具有与化学表面活性剂相同的功能,如增溶、乳化、润湿、发泡、分散、降低表面张力等。同时生物表面活性剂还具有可生物降解、生态毒性低和生产原料广泛等特点。生物表面活性剂依据其微生物来源和结构特征可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、中性脂以及聚合物表面活性剂。

        生物表面活性剂生产方法主要有微生物发酵法和酶法合成两大类。微生物发酵法产生的表面活性剂种类多、可用原料广、生产工艺简单,是目前获取生物表面活性剂的主要方法;酶法合成是借助于外源生物酶催化合成生物表面活性剂的一种方法,与微生物法比较, 其可以获得高含量的目标产物且产物易回收, 并且产品结构的修饰具有较大的灵活性。生物表面活性剂的提取方法主要有萃取法、超滤法、泡沫层析法、酸沉淀法、色谱法、柱层析法和旋转蒸发法 。

 

      来看看生物表面活性剂促进石油降解原理。生物表面活性剂主要通过两种途径来提高石油的生物可利用率。一种途径是通过降低油水界面张力并促进两者乳化,以增大界面面积,促使微生物与较大油滴之间的直接有效接触;第二种途径是利用表面活性剂对烃类物质的增溶机制,使石油相在水相中分散开,从而便于细菌吸收粒径小于自身的油滴。多环芳烃在石油成分中比重较大,且降解困难,由于生物表面活性剂的增溶作用,当其浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,会形成胶束,胶束内的疏水性微环境对疏水性有机溶剂的分配作用较强,可显著增大烃类有机污染物的表观溶解度。

       以下来看看生物表面活性剂在石油污染修复中的应用。

       一、水体石油污染修复。生物表面活性剂在水体溢油污染生物修复中已有多项应用 。在1989 年美国阿拉斯加的“ExxonValdez”号溢油事件中,通过加入铜绿假单胞菌合成的海藻糖脂,几周内石油中的正烷烃几乎被全部去除,是成功应用生物修复石油污染的开端。此后,含生物表面活性剂的菌剂 AlphaBioSeaTM 和 Tera–ZymaTM 分别被用于修复德克萨斯州溢油污染海岸线和日本重质原油污染场地,均取得了较好的修复效果。

       二、土壤石油污染修复。利用生物表面活性剂进行石油污染土壤修复受到越来越多的关注,生物法相比非生物法对环境的污染要小。

       目前生物表面活性剂的生产成本比化学表面活性剂的高,生物表面活性剂的广泛应用与批量生产受到一定限制,所以进一步改进生产工艺和寻找更为廉价的发酵原料,是生物表面活性剂生产的主要的发展方向。

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