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洗衣粉里加点磷,洗掉了烦人的污渍也洗来了恐怖的污染 精选

已有 4770 次阅读 2018-6-7 21:46 |系统分类:科普集锦

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洗衣粉里加点磷,洗掉了烦人的污渍也洗来了恐怖的污染


虽然如今随着观念的不断优化,家务活已经几乎没有特定归属于家庭中的男性或女性。

但在“男主外,女主内”刻板印象中,女性还是被视为家务活的主要承包者。

而在古代,洗衣服是男人的工作,女人想做也做不来。

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大约公元前2000年的一幅埃及壁画形象地刻画了一群男人洗衣的场景。

那时洗衣服完全是用传统的物理方法——利用外力击打衣物,再凭借河水的流动冲刷衣服上的污秽。

这种方法既费时又费力,效果也不尽如人意,还常常把衣服打烂。

但因为没有想到更好的办法了,它流传了至少3000年之久。

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后来人们偶然发现了看起来脏脏的草木灰竟然有清洁衣物的作用。

草木灰是植物燃烧后的灰烬,含有植物所含的矿质元素。它的主要成分是碳酸钾,溶于水后溶液呈碱性。

在碱性条件下,油脂会水解为高级脂肪酸盐和甘油两种可溶于水的物质。

因此达到去除衣物上油污的效果。

直到近代中国一些偏远的农村仍保有使用草木灰来洗涤衣物的古老方法。

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一个生活小tips:用草木灰擦锅清洁效果惊人

最早在公元前600年,聪慧的腓尼基人*把山羊脂和草木灰混合在一起制成了肥皂。

据说起初得出肥皂配方也是出于一次奇妙的巧合。

在一场盛宴上,一名厨师不小心把猪油打翻在洗手用的草木灰水里,两者混合后变成了一团黏糊糊的东西。

宴会结束后厨师顺手把东西抹在手上搓洗,虽然手感不太习惯,却惊奇地发现其清洗效果比草木灰好得多。

此后人们也尝试过使用其他动物油、植物油、碱盐与草木灰混搭等方式制作洗涤用品。

*注:腓尼基人(Phoenician)是一个古老民族,生活在今天地中海东岸相当于今天的黎巴嫩和叙利亚沿海一带,曾建立过一个高度文明的古代国家,全盛期是地中海的霸主。

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到19世纪化学家才探究明白肥皂发挥去污作用的真正原理。

肥皂具有强效的去污能力,这得归功于它的主要成分硬脂酸钠及它独特的分子结构。

硬脂酸钠是一种表面活性剂,它的分子结构类似一根火柴杆,一端是亲水基团*,另一端是亲油基团。

*注:亲水基团又称疏油基团,具有容易与水亲和的原子团;亲油基团又称疏水基团,具有容易与油亲和的基团,排斥水分子。

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表面活性剂示意图

表面活性剂示意图

当衣物被涂上肥皂并在水中进行机械摩擦之后,“小火柴”以亲油基团在外层、亲水基团在内层的油包水结构浸润到衣物的缝隙中,侵占每一个角落。

之后亲油基团找准油迹颗粒目标,与它们牢牢结合。

而亲水基团则死死抓住外围的水分子,助力伙伴把敌人从衣物上拉扯到水中。

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表面活性剂的亲水基使水中的胡椒粉散开

当敌人束手就擒后,其实战斗还没有结束。

这时“火柴”把方向调转,形成亲水基团在外围、亲油基团在内层的水包油结构,让污垢分散在水中无法重回衣物。

最后经过漂洗除去英勇奋战的“火柴勇士”以及它的俘虏,衣物也变得洁净。

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上图实验原理示意(绿色-亲水基,蓝色-亲油基)

然而战斗能力强大的肥皂也不尽完美。

一战期间,前线几个主战场在轰轰烈烈地开展战斗,后方的应援物资也哗啦啦地消耗着。

制造肥皂需要消耗大量的动物油或植物油,在那时也因动植物油供应紧张而十分短缺。

这个时候由德国汉高公司在1907年研发合成的洗衣粉也就瞅准时机崭露头角,替代了肥皂在洗涤剂中的C位并且成功出道。

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洗衣粉和肥皂最大的不同在于原料来源。

洗衣粉是一种合成洗涤剂,主要成分是以烷基苯磺酸钠为主的表面活性剂,再混合一些助剂。

原理与肥皂类似,也具有一批英勇骁战的“火柴勇士”与污垢顽强作战。

其原料由于是人工合成而更加便宜易得,助剂的加入也让洗衣粉的功效和预期目的逐渐趋于完美。

因此无论是成本还是使用效果洗衣粉都完胜肥皂。

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但由于肥皂中的硬脂酸钠和洗衣粉中的烷基苯磺酸钠可以产生协同去污效果

而且肥皂能抑制洗衣粉的发泡能力,使衣物容易漂洗干净。

所以商用洗衣粉中一般含有3%~5%的肥皂成分,让洗衣粉的洗涤效果更好。

从洗衣粉之后开发出的洗衣液、洗衣凝珠、无水洗衣精华等洗涤剂产品除了形态上的区别,主要还是助剂成分的竞争与优化。

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我们生活中用来洗衣服的自来水多是含有高浓度矿质离子的硬水。(当然,有条件使用净化水设备把硬水转化成软水的土豪除外)

用硬水洗衣服时钙、镁离子会与洗涤剂或污垢中的硅酸、碳酸等阴离子反应形成不溶物沉淀。

沉淀会使衣物或洗涤器具上结水垢,降低洗涤剂的清洁效率。表现为洗衣服不起泡沫,也就浪费了“小火柴”们奋勇拼搏的除污效果。

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洗涤剂的先驱——德国不仅开创了洗涤剂的“粉”时代,在二战末期也找到了消除污垢再沉积的办法。

聚磷酸盐的使用是合成洗涤剂工业发展中的一个重要步骤。

传统洗衣粉中主要用三聚磷酸钠(STPP)作为洗涤助剂

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它能与水中的金属离子发生络合作用,生成可溶性的络合物,从而消除沉淀

同时STPP能使水溶液保持在弱碱性状态,与最常用的表面活性剂有显著的增效效应。

因此它也有效增强了洗衣粉的洗涤效能,STPP在很长一段时间内被大量使用。

原理其实并不复杂,但发现的过程却跨越了两次世界大战。

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STPP分子式

然而,正当人们赞美与享受含磷洗衣粉给生活带来的便利,它又从另一个方面给人类带来意想不到的打击。

在世界范围内许多临海国家开始频繁遭受赤潮的危害

也就是海洋藻类及其他浮游生物大量繁殖,侵占鱼类生物的生存空间,同时赤潮生物聚集在鱼类鳃部使它们缺氧窒息,导致水生动物大规模死亡

它们的尸体分解迅速消耗水中氧气,分泌出有害物质,污染水体环境

而人类作为食物链顶端,极有可能摄食到含赤潮生物分泌赤潮毒素的鱼虾、贝类,引发人体中毒

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日本濑户内海在1976-1991年间就发生了4448次赤潮,直接造成的经济损失达到数千亿日元。

在我国从80年代末期开始也多次发生严重的赤潮灾害。

1998年在渤海湾发生了我国有史以来面积最大、损失最严重、持续时间最长的一次赤潮。

那一次沿海水产业的直接经济损失超过5亿元

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经过排查分析,洗涤剂中的磷元素默默背起了这个锅。

磷是水体藻类及其他水生植物生长需要的重要来源,而水中溶解的正磷酸盐恰好最先被藻类利用。

“富营养化”指的就是藻类植物的磷源伙食太丰裕,以致它们生长繁殖速度迅猛

虽说不能完全归咎于STPP这个一度风靡的功臣,但它确实是致灾的罪魁祸首。

据统计,我国疯狂使用含磷洗衣粉的那几年里,每年就约有45万吨磷通过洗涤废水被排放到地面水中。

水体自身虽然有一定程度的降解氮、磷的能力,但剂量这么大也确实是吃不消。

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吃一堑长一智,找到“凶手”之后许多国家纷纷采取洗涤剂禁磷的措施进行补救。

也许是得到的教训太深刻,岛国日本成为目前洗涤行业中无磷化程度最高的国家之一。

早在1988年日本的无磷洗衣粉产量就占到了洗衣粉总量的97%,如今已经全部实现了无磷化。

大部分欧洲国家几乎全部实现了洗涤剂的无磷化生产。

而我国也从地方开始逐步限制洗涤剂中磷的使用。

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水体富营养化的问题解决了,但洗涤剂中少了STPP,岂不是倒退回“皂”时代?

放心,科学的魅力在于——永无止境与无限可能

在磷助剂还未全面禁用时,许多代磷助剂就被争相开发出来,觊觎着STPP的王者宝座。

其中最有机会篡位成功的是一种俗称4A沸石的天然矿物。

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4A沸石是一种三维骨架状结构化合物,与该图类似

4A沸石也和STPP一样可以通过离子交换来出去水中的钙镁离子。

可是它的能力和速度都略差于STPP,在实际应用中通常还需要加入碱性试剂来弥补不足。

但它规避了污染环境的问题,而且降低了洗涤剂生产的总成本,因此也不失为一项好的替代品。

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沸石将研磨成粉末加入洗衣粉中

它最早是在1978年美国P&G公司首次应用于粉状洗涤剂的配方中。

在限制含磷洗涤剂销售后5年内它的用量在美国暴涨了110%,成为最具发展前景的代磷助剂。

我国使用4A沸石的质量水平和消耗量也在逐渐递增,在2010年消耗量就达到了270万吨。

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粉状4A沸石

同时化工专家和洗涤剂商家也在不断寻求新一代的多功能助剂。

比如结晶层状硅酸钠、有机代磷助剂等材料都在逐步开展的研发试验过程。

在科技日新月异的现在与未来,洗涤剂中磷的限制对生活已经不造成任何威胁,甚至还是推动洗涤剂进一步完善发展的重要动力。

*参考资料

马长英, 朱琳. 关于含磷洗衣粉对水污染的综述[J]. 西昌学院学报:自然科学版, 2006, 20(1):50-53.

杜志平, 王万绪. 浅议液体洗涤剂[J]. 中国洗涤用品工业, 2005(5):40-43+78.

王钧, 施善友. 洗涤剂助剂的发展[J]. 现代化工, 2001, 21(3):59-61.




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