Оглавление

Введение.        

1.Теоретическая часть.        

1.1. История возникновения поверхностно-активных веществ.        

1.2. Состав и классификация синтетических моюших средств.        

1.3. Принцип действия поверхностно-активных веществ.        

1.4.Применение поверхностно-активных веществ.        

1.5.Влияние ПАВ на окружающую среду.        

2.Практическая часть.        

2.1.Сравнительный анализ компонентов синтетических моющих средств.        

2.2.Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на водные растения.        

2.3. Очистка воды от синтетических моющих средств.        

Заключение.        

Библиографический список.        

Приложение 1        

Приложение 2        

Приложение 3        

Введение.

В последние столетия человек активно вторгся в живой мир Земли. В результате этого возникли острые проблемы. Загрязнители, попадая в почву и водоемы, оказывают токсическое воздействие на животных и растения. Опасными загрязняющими веществами для природной среды являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые используются практически во всех отраслях народного хозяйства и в быту.

Цель исследования: изучить влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на водные растения, ознакомление с методом очистки воды от ПАВ.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Обзор и анализ литературы по данному вопросу.
2. Изучить изменение свойств воды под влияние ПАВ.
3. Изучить влияние ПАВ на водные растения, на примере Элодеи Канадской.
4. Ознакомление с методом очистки воды от ПАВ.

Гипотеза исследования: Попадая со сточными водами в окружающую среду, поверхностно-активные вещества (ПАВ) неблагоприятно воздействуют на живые организмы.

Объект исследования: водное растение Элодея Канадская.

Предмет исследования: влияние ПАВ на водное растение Элодею Канадскую.

Для реализации поставленных задач, определили следующие методы исследования:

1. Изучение литературы.
2. Наблюдение.
3. Описание.
4. Практический опыт.
5. Сравнение.
6. Анализ полученных данных.

Оборудование: воронка стеклянная, держатель для пробирок, палочка стеклянная, пробирки, колбы, стакан на 50 и 100 мл, стекла покровные и предметные, штатив для пробирок, фильтр бумажный, спиртовка, микроскоп и цифровая лаборатория «Архимед».

Реактивы и материалы: раствора СМС, хлорид калия, чистая вода, веточки Элодеи Канадской.

1.Теоретическая часть.

1.1. История возникновения поверхностно-активных веществ.

Вначале люди мыли обычной водой. Иногда использовали масла и абразивы, такие как влажный песок, и влажная глина. Самое старое известное моющее средство для мытья шерсти — несвежая (гниющая) моча. Мыло появилось ещё в древности как результат варения животного жира с водой и древесной золой. Другие моющие средства — воловья жёлчь и растительные сапонины.

Моющие эффекты определенных синтетических ПАВ были отмечены в 1913 А. Рейхлером, бельгийским химиком. Первым коммерчески доступным детергентом, использующим те наблюдения, была смесь Nekal, продававшаяся в Германии в 1917, чтобы облегчить нехватку мыла в первой мировой войне. Синтетические моющие средства главным образом использовались в промышленности до Второй мировой войны. После неё заводы авиационного топлива США, перешедшие на мирную продукцию, широко производили тетрапропилен, используемый в бытовых моющих средствах, что вызвало быстрый рост домашнего использования в конце 1940-ых. В конце 1960-ых биологические моющие средства, содержащие ферменты, расщепляющие белки, появились в США.

1.2. Состав и классификация синтетических моюших средств.

По назначению синтетические моющие средства подразделяются на средства для: хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых тканей; стирки изделий из синтетических волокон; универсального использования; замачивания и предварительной стирки; мытья посуды, раковин, ванн и др. предметов домашнего обихода; мытья стекол.

По консистенции синтетические моющие средства могут быть: порошковые; жидкие; пасты. Жидкие синтетические моющие средства для мытья посуды, раковин, ванн и других предметов домашнего обихода представлены в большом ассортименте. Данные средства имеют доступную для потребителя цену. Однако качество товара не всегда соответствует его цене. Отдельные виды товаров (продукции) обладают различными свойствами или характеристиками, которые должны соответствовать установленным ГОСТами нормам.

Потребительские свойства синтетических моющих средств включают: функциональность (эффективность и быстрота действия), эргономичность (консистенция, дозируемость, удобство упаковки), надежность (сохраняемость, определяется сроком годности), эстетичность (цвет, запах, дизайн, информативность упаковки), безопасность (показатель активности водородных ионов; массовая доля фосфорсодержащих соединений, хлора, активного кислорода; пылеобразование; пенообразующая способность; смываемость; биоразлагаемость). Широко используемыми в быту являются средства для мытья посуды, которые должны обладать перечисленными потребительскими свойствами.

Эффективность средства определяется его моющей способностью и по ГОСТу должна быть не менее 80 %. Основу моющего средства составляют поверхностно-активные вещества: анионноактивные (подвергаются электролитической диссоциации с образованием катионов и анионов) и неионогенные (не подвергаются электролитической диссоциации, т.е. не распадаются на ионы). Для повышения моющей способности промышленность использует комплексы анионноактивных и неионогенных ПАВ, повышающих эффективность средства.

Надежность данной группы товаров связана, прежде всего, с их сохраняемостью и определяется сроком годности, который устанавливается, исходя из рецептурного состава средства. Если после окончания срока годности продукция может быть использована при условии корректировки назначения, то в маркировке приводят соответствующую информацию с указанием сведений о способах применения.

Информация о потребительских свойствах моющих средств в полном объеме должна предоставляться производителем. В маркировке должны быть указаны: наименование и назначение продукции, производитель, способ применения, описание опасности, меры предосторожности, масса нетто, срок годности, условия хранения, информация об ингредиентах.

Производители, как правило, не указывают описание опасности: активность водородных ионов, биоразлагаемость, смываемость, содержание активного хлора. На этикетках синтетических моющих средств присутствует много утверждений, которые носят рекламный характер, они не могут приниматься во внимание, т.к. использование в наименовании товара таких характеристик, как «Экологически чистый», «Радиационно-безопасный», «Изготовленный без применения вредных веществ», допускается только при указании нормативного или технического документа изготовителя, устанавливающего метод проверки (контроля) и позволяющего осуществлять идентификацию этих характеристик товара, а также при подтверждении их компетентными органами.

Таким образом, классификация синтетических моющих средств позволяет выделить потребительские свойства, определяющие их конкурентоспособность и представляющие интерес исследования: моющая и пенообразующая способности; концентрация водородных ионов; растворимость; смываемость; сыпучесть; текучесть; биоразлагаемость в водной среде; стабильность; срок хранения.

1.3. Принцип действия поверхностно-активных веществ.

Процесс удаления загрязнений с поверхности различных твердых тел – будь то текстильный материал или наши руки – является одной из основных функций ПАВ. В моющем процессе наблюдается ряд физико-химических явлений: адсорбция, смачивание, эмульгирование, стабилизация. В большинстве случаев загрязнения представляют собой неполярные соединения: масла, жиры и т.п. Вода – полярное соединение, обладает большим поверхностным натяжением и не смачивает такие загрязнения, а значит, и не удаляет их.

При введении в водный раствор молекул ПАВ, они адсорбируются на поверхности загрязнения, ориентируются, таки образом что к неполярной поверхности обращены неполярные “хвосты”, тогда как полярные “головы” “торчат” в водной фазе.

Из-за уменьшения поверхностного натяжения раствор смачивает загрязнение, проникает в трещины и поры. Капли загрязнения стягиваются, снижается сцепляемость частиц загрязнения. При механическом воздействии угол смачивания увеличивается, и в конце концов, частицы загрязнения переходят в раствор. Молекулы ПАВ адсорбируются на загрязнениях и отмытой поверхности, что препятствует укрупнению и осаждению частиц на чистой поверхности. В результате частицы загрязнителя стабилизируются во взвешенном состоянии в растворе и удаляются вместе с ним.

1.4.Применение поверхностно-активных веществ.

1. Моющие средства. Основное применение ПАВ — в качестве активного компонента моющих и чистящих средств, мыла, для ухода за помещениями, посудой, одеждой, вещами, автомобилями и пр. В 2007 году в России было произведено более 1 млн тонн синтетических моющих средств, главным образом — стиральных порошков.
2. Косметика. Основное использование ПАВ в косметике — шампуни, где содержание ПАВ может достигать десятков процентов от общего объёма. Также ПАВ используются в небольших количествах в зубной пасте, лосьонах, тониках и других продуктах.
3. Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества на волокнах синтетической ткани.
4. Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от лёгких повреждений и слипания.
5. Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения, что обеспечивает лёгкое проникновение красочного материала в маленькие углубления на обрабатываемой поверхности и их заполнение с вытеснением при этом оттуда другого вещества (например, воды).
6. Бумажная промышленность. ПАВ используются для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованной бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность. См. флотация.
7. Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станов. Снижают трение. Выдерживают высокие температуры, при которых сгорает масло.
8. Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий. Используются для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов к растениям через мембранные стенки.
9. Пищевая промышленность. ПАВ применяется в мороженом, шоколаде, взбитых сливках и соусах для салатов и других блюд.
10. Нефтедобыча. ПАВ применяются для гидрофобизации призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.
11. Медицина. Катионные и анионные ПАВ применяют в хирургии в качестве антисептиков. Например, четвертичные аммониевые соединения приблизительно в 300 раз эффективнее фенола по губительному действию в отношении микроорганизмов. Антимикробное действие ПАВ связывают с их влиянием на проницаемость клеточных мембран, а также ингибирующим действием на ферментативные системы микроорганизмов. Неионогенные ПАВ практически не обладают противомикробным действием.

1.5.Влияние ПАВ на окружающую среду.

Водные растворы ПАВ поступают в стоки промышленных вод и в конечном счете в водоемы. Из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования др. форм жизни в воде.

Способы очистки сточных вод в отстойниках - перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках (аэротенках) и в естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием гетеротрофных бактерий (преобладающий род - Pseudomonas), входящих в состав активного ила. По отношению к этому процессу ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие".

При биохимической очистке отработанных растворов ПАВ окисление ведется в присутствии ферментов. С увеличением температуры скорость окисления увеличивается, но выше 350°C ферменты разрушаются.

Рост производства ПАВ привел к появлению крупных предприятий, являющихся локальными источниками загрязнения воды. Высококонцентрированные сточные воды этих предприятий могут быть очищены микробиологическим методом, основанным на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих поверхностно-активные вещества. Идентифицированы промежуточные продукты распада, которые являются аналогами природных веществ, нетоксичны и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Эффективность очистки составила 95-97% за время не более 12 ч. Среди грамотрицательных бактерий обнаружены микроорганизмы (деструкторы), которые усваивают ПАВ как питательный субстрат.

При понижении температуры скорость окисления ПАВ уменьшается и при 0-5°C протекает весьма медленно. Наиболее благоприятные для процесса самоочищения от ПАВ нейтральная или слабощелочная среда (рН=7-9).

С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации ПАВ в воде обычно повышается за счет соосаждения. При значительном накоплении ПАВ в донных отложениях в аэробных (кислородных) условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных (безкислородных) условий ПАВ могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.

В поверхностных водах ПАВ находятся в растворенном состоянии и в поверхностной пленке воды водного объекта.

Попадая в водоемы и водотоки, ПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством ПАВ является их высокая пенообразующая способность. Имеются сведения о косвенном воздействии ПАВ на гидробионты. Под воздействием ПАВ рыбы теряют слизистый покров, может наблюдаться кровотечение жабр.

2.Практическая часть.

2.1.Сравнительный анализ компонентов синтетических моющих средств.

Рост производства синтетических моющих средств приводит к необходимости контроля за их качеством, т.е. соответствию требованиям, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности потребителя.

 Мы проанализировали упаковку некоторых моющих средств с точки зрения информативности. Достаточно полная информация представлена «Sorti» (производитель Нефис косметикс): подробно описан способ применения, меры предосторожности, приведен состав, условия хранения, а также корректировка назначения по истечению срока годности. Средства для мытья посуды «Fairy» и «Миф» произведены компанией «Проктер энд Гембл» данные на их этикетках мало информативны для потребителя: кратко указан способ применения, меры предосторожности, состав приведен с указанием процентного содержания анионных и неионогенных веществ, указан срок годности. Способ применения «Dosia» (Рекитт Бенкизер) сведен к иллюстрации, указано, что средство не раздражает кожу рук и обладает приятным запахом, состоит моющее средство из анионных ПАВ и консервантов.

Наиболее ответственно к информации о моющем средстве отнеслись отечественные производители кислородного бальзама «Лазурит» (АО Аист) и средства для мытья посуды «Аннушка» (ООО Фратти НВ): подробно указаны способ применения, условия хранения, состав (без указания процентного содержания веществ), меры предосторожности, корректировка назначения после истечения срока годности.

2.2.Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на водные растения.

Синтетические моющие средства (СМС), в отличие от мыла, пригодны для стирки в воде любой жесткости. Поэтому их удобно использовать при машинной стирке белья. Состав СМС бывает разным, но почти в каждом из них присутствуют поверхностно-активные вещества, предназначенные для улучшения смачивания, удаления загрязнителей и удерживания их в растворе. Кроме поверхностно-активных веществ, в состав СМС вводят также различные добавки – ароматизаторы, антистатики, отбеливатели и др.

После того как моющий раствор отработал, он попадает со сточными водами в городскую канализацию, затем в очистные сооружения, а иногда, без всякой отчистки, непосредственно в грунт или водоем. Попадая в канализацию, содержащие СМС сточные воды затрудняют работу очистных сооружений, вызывают обильное образование пены. Накапливаясь в активном иле, СМС угнетающе действуют на развитие микроорганизмов. СМС и его компоненты наносят вред рыбам и другим гидробионтам. Особенно большой вред наносится планктонным и бентосным организмам, составляющим основу пищевых цепей в водоеме.

1. Поместили по веточке элодеи в стакан с чистой водой и в стакан с раствором СМС.

2. Через 20 минут описали изменения обеих веточек: цвет, форму, состояние листьев.

3. Приготовили два микропрепарата листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС.

1. Поочередно рассмотрели микропрепараты под микроскопом и сравнили состояние растительных клеток. (Приложение 2)

2.3. Очистка воды от синтетических моющих средств.

1. Налили в пробирку раствор СМС до метки «5 мл».

2. Определили  pH раствора с помощью рН-метра цифровой лаборатории «Архимед».

3. Добавили в пробирку с СМС сухую соль – хлорид калия  примерно на толщину 1 пальца, т.е. около 1–2 см.

4. Нагрели содержимое пробирки, осторожно поместив ее в пламя. (После закипания образовался серый налет и выпал в осадок, так же исчезла пена).

5. Отфильтровали содержимое пробирки.

6. Определите pH фильтрата с помощью рН-метра цифровой лаборатории «Архимед». (Приложение 3)

Заключение.

Данная исследовательская работа показала, что попадая со сточными водами в окружающую среду, поверхностно-активные вещества (ПАВ) неблагоприятно воздействуют на живые организмы.

В результате воздействия поверхностно-активных веществ в клетках водных растений происходят сильные изменения: разрушаются зерна хлорофилла и клеточная оболочка, что означает для растения – гибель. Такие растения не жизнеспособны, они не участвуют в процессе фотосинтеза.

Из проведенного нами опыта по очистке воды от ПАВ видно, что раствор синтетического моющего средства можно очистить не дорогим способом. При этом вода остается практически нейтральной и не вызывает гибель растительных клеток.

Библиографический список.

1. Неволин Ф.В. Химия и технология синтетических моющих средств. М., 1971
2. Бухштаб З.И. Технология синтетических моющих средств. М., 1988
3. ГОСТ Р 52488-2005 Средства для стирки. Общие технические условия. – Введ. 01. 07. 07. – М., 2007. – Режим доступа: ИПС «Кодекс».
4. ГОСТ Р 176820 Товары непродовольственные. Информация для потребителя. Общие требования. – Введ.30.12.1997. – М., 1998. – Режим доступа: ИПС «Кодекс».
5. О безопасности синтетических моющих средств и товаров бытовой химии: проект/Правительство РФ. – Режим доступа: http:// www.minprom.gov.ru/
6. Бокрис Дж.О.М. Химия окружающей среды.- М.,1982 год.
7. Химия и химическая технология.- Тюмень.,1975 год.
8. Кронберг Б., Холмберг К.,Йенссон Б. ПАВ и полимеры в водных растворах. - М., 2007 год.
9. Астафьева Л.С. Экологическая химия: учеб. Пособие. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 224с.
10. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
11. Новиков Ю.И. Методы исследования качества воды водоемов. – М.: «Медицина», - 1990.
12. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши./ Под ред. А.Д.Семенова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
13. Остроумов С.А. Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на гидробиологические механизмы самоочищения водной среды // Водные ресурсы 2004, т. 31. № 5. С. 546 – 555
14. www.xumuk.ru
15. www.penoobrazovatel.ru
16. www.eltech.ru
17. http://biology.krc.karelia.ru/misc/hydro/mon7.html

Приложение 1

Состав синтетических моющих средств.

Приложение 2

Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на водные растения.

Приложение 3

Очистка воды от синтетических моющих средств.