去污高手

王澤斌

從表面活性劑講起

在界面世界里，對于喜歡和水混在一起的分子，我們叫它“親水分子”，比如普通玻璃表面上的那些分子；相反，對于與水分子不能相容，喜歡和油混在一起的那些，我們稱之為“疏水分子”。雖然親水和疏水是相對的概念，但若強(qiáng)行把親水分子和疏水分子摁在一起，他們并不能像人們期待的一樣進(jìn)行融合，其原因在于，二者呆在一起需要的能量非常大，雙方都想找回本身的性質(zhì)，這樣就導(dǎo)致界面在拼命地減小。

自然界中存在著一類物質(zhì)，我們叫作“表面活性劑”，它們是典型的“兩面派”。它們有一個親水的“腦袋”和一條疏水的“尾巴”。遇到親水物質(zhì)，就把頭湊上去，說“你看，我們是親戚”；遇到疏水物質(zhì)，就把尾巴擺過去，說“看，我們長得挺像”。對于這樣的物質(zhì)，水分子只能接納它的“腦袋”，而在油或者其它疏水物質(zhì)里只能接納它的“尾巴”。于是，表面活性劑只好處于界面之上，把親水的頭向著水的這邊，把疏水的尾巴伸到疏水的那邊。-這樣，最外層的水分子接觸的是“兩面派”的親水頭，疏水那面的最外層接觸的是“兩面派”的疏水尾巴。因?yàn)楸砻婊钚詣┑慕槿耄瑑上辔镔|(zhì)不必借助很大能量融合，界面張力也大大降低。

而當(dāng)“兩面派”太多的時候，界面容納不了，多余的就只好進(jìn)入水中。當(dāng)它們在水中的濃度很低的時候，即使兩兩相遇，也會很快被水分子們無意地沖撞破壞。如果他們的濃度比較高，則很容易找到它們的同胞，也就很容易組織起來，疏水的尾巴向里，親水的腦袋向外，形成一個圓球。如果遇到污物，比如餐具上的油污或者衣服上的污漬，它們都屬于疏水物質(zhì)，洗滌劑分子們這時立刻發(fā)揮功用，都把尾巴插進(jìn)污漬，形成一個親水腦袋向外的球體，而污漬就被包在里面，隨著水流便離開了餐具或者衣服。

這就是表面活性劑去污的原理。

洗滌劑的發(fā)展——有磷與無磷

人類最初是用皂角之類的東西洗衣服，肥皂的發(fā)明算得上是一大進(jìn)步。作為一種表面活性劑，肥皂大大提高了去污能力。但是，水中的鈣、鎂等離子會與表面活性劑結(jié)合，不但使被結(jié)合的表面活性劑失去了作用，而且結(jié)合物本身會成為新的沉積物。但是洗衣粉的成分則除了表面活性劑，還加入了一些輔助成分，以增加洗滌效果。其中最重要的是磷酸鹽，磷酸陰離子與鈣鎂離子的結(jié)合能力大大高于表面活性劑，它們對表面活性劑起到保護(hù)作用。因?yàn)榱姿猁}比表面活性劑要便宜，所以在洗衣粉中加入磷酸鹽降低了洗滌成本，受到了洗衣粉廠家的歡迎。一般的含磷洗衣粉中，磷的含量在10％上下。

磷酸鹽本身對于人類并無危害，之所以成為環(huán)境殺手其實(shí)正是因?yàn)樗侵参锷L的營養(yǎng)成分。在湖泊等水域中，總是存在著藻類。藻類的生長需要碳、氮、磷這些主要營養(yǎng)成分。一般情況下，碳和氮都不會缺乏，于是磷就成了藻類生長的限制因素。生活污水中含有的磷沉積到湖中，對于藻類來說簡直是“雪中送炭”。1千克的磷，能長出700千克的藻類。很多洗滌劑中還包括一些漂白劑，通常成分中含有氯元素，進(jìn)入環(huán)境中也成為一種污染源。一般的表面活性劑，在高溫下的活性高，所以通常的洗滌劑在熱水中的效力比較高，這也是洗衣服、洗碗用熱水容易洗干凈的原因。

不難看出，洗滌劑導(dǎo)致環(huán)境危害的原因，其實(shí)是保持洗滌效果的代價。所以，要降低洗滌劑對于環(huán)境的危害，就要在保證洗滌效率的前提下避免上述有害成分進(jìn)入環(huán)境。無磷洗衣粉的出現(xiàn)是一種進(jìn)步，它們通常使用不含磷的無機(jī)成分來代替磷酸鹽與鈣鎂離子結(jié)合。對于減少磷的環(huán)境危害，自然是成功的。但是這些替代成分進(jìn)入自然界又帶來其它的污染。所以說，簡單的替代磷酸鹽只是減輕了一種污染，并不見得就完全消除了洗滌劑對環(huán)境的危害。僅僅是“無磷”就宣稱“綠色環(huán)保”，也是不負(fù)責(zé)任的。

更“綠色”的技術(shù)

酶的引入是洗滌劑的又一巨大進(jìn)步。首先，酶是蛋白質(zhì)，進(jìn)入自然界后會自然降解，不會留下危害。其次，酶的活性溫度比較溫和，不用太熱的水。一般而言，40℃是一個很合適的溫度。而通常的洗衣粉，人們要使用60℃～70℃的水。像北京那樣一個千萬人口的城市，如果洗衣粉的水溫降低20℃，那么一年節(jié)約的能源大致相當(dāng)于燃燒10萬噸的煤炭。雖然對于一個這么大的城市來說，少燃燒10萬噸煤并不是一個很大的量，不過如果考慮到洗衣服只是生活中的一件小事，那么這個量也就比較可觀了。當(dāng)然，我們還得考慮生產(chǎn)相應(yīng)的酶所需要的能源。在生物技術(shù)高度發(fā)展的今天，生產(chǎn)那些酶所需要的能源只相當(dāng)于幾百噸的煤炭。

酶的加入能夠提高洗滌能力的原因在于，多數(shù)的污漬是有機(jī)成分。比如汗?jié)n、奶漬、飲食等等，主要成分也是蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等成分。而相應(yīng)的酶的加入，可以有效地分解這些成分。最早加入的是蛋白酶，后來淀粉酶、脂肪酶以及纖維素酶等也相繼被加入，從而使得加酶洗衣粉的效率大大增加。酶的作用也使得漂白劑磷酸鹽等對環(huán)境有害成分的使用逐漸減少。

洗滌劑的發(fā)展方向，是使用更好的酶，進(jìn)一步降低活性溫度，以及減少對環(huán)境有害的成分的使用。目前，一些西方國家已經(jīng)禁止了磷酸鹽的使用，也有公司正在開發(fā)在冷水中保持活性的酶。(文章代碼：2018)

責(zé)任編輯趙檸