十二烷基苯磺酸钠 :常用的阴离子型表面活性剂

更新时间:2023-08-15 18:36

十二基苯磺酸钠( dodecylbenzenesulphonate或sodium dodecyl benzene 磺酸盐,SDBS),是一种阴离子表面活性剂化学式为C18H29NaO3S,密度为1.05g/cm3,为白色或淡黄色粉末,易溶于水,易吸潮而结块,不易氧化,在25℃的水中溶解度为20g/100ml,熔点\u003e300℃,沸点为100℃。其是强酸强碱盐,由亲水性基团组成,也可以和对甲苯胺生成配位化合物沉淀以及被ZnO催化并降解。

十二烷基苯磺酸钠作为家用洗涤剂用量最大的合成表面活性剂,是纺织工业的清洗剂,易与各种助剂复配,有显著的去污效果。此外,其还可作为钻井泡沫剂,香波、沐浴乳等大宗商品的乳化剂, 染色助剂,电镀工业的脱脂剂造纸工业的脱墨剂等。

十二烷基苯磺酸钠燃烧会释放出刺激性或有毒烟雾或气体,这些有毒烟雾或气体对眼睛、皮肤和呼吸道有刺激性,长期接触还可能导致皮炎。同时其还难以被微生物降解,会造成环境污染。

相关历史

20世纪30年代末期,人们将苯与氯化石油进行烷基化,然后将生成的烷基苯进行磺化制得烷基苯磺酸盐。这便是烷基苯磺酸盐的第一批工业产品,当时绝大多数产品用于纺织工业,随后家用配方便很快出现。

第二次世界大战末期,在深入研究洗洁精去污机理的基础上,美国的科学家制造出了烷基苯磺酸钠。这是洗涤剂发展史上的一次重大突破。烷基苯磺酸钠的研制成功,开创了洗涤剂化学工业的新领域。

在众多烷基苯磺酸钠中应用最广泛的是十二烷基苯磺酸钠。它是用石油提炼得到的煤油石蜡等作为原料,经过裂解后成为乙烯,再经过与苯结合和烷基化、磺化等过程制得。因不使用食用油,原料来源丰富,价格相对便宜,故而应用广泛。又因为肥皂和烷基苯磺酸钠同是阴离子表面活性剂。它们在水中分解成一个带有长链的疏水基和亲水基的阴离子,是洗洁精表面活性剂中主要的一大类,占总产量的65%~80%,用量最大。

理化性质

物理性质

十二烷基苯磺酸钠的分子式是C18H29NaO3S,密度为1.05g/cm3,熔点大于300℃,沸点为100℃。十二烷基苯磺酸钠是白至淡黄色薄片、小粒或粉末,能溶于水。

化学性质

十二烷基苯磺酸钠是强酸强碱盐,不与钙、镁和铁离子发生沉淀反应,可在硬水和弱酸性溶液中使用,易燃。

十二烷基苯磺酸钠与肥皂相似,都包含一个憎水性基团和一个亲水性基团,磺酸基(钠)是憎水性基团,羧基(钠)是亲水性基团,所以十二烷基苯磺酸钠也具有和肥皂一样的去污能力。

当用TiO2光催化氧化十二烷基苯磺酸钠时,光解自磺酸部分开始,最终生成 CO2和硫酸盐。其氧化的总反应式为:

TiO2催化剂光子能量大于其禁带宽度的光的照射下,产生电荷的分离,形成导带电子e-和价带空穴h+。生成的载流子很快被TiO2或杂质捕获,大部分在皮秒级时间内复合,小部分与TiO2表面的羟基、水或氧分子等物种反应生成羟基自由基等活性氧物种。羟基自由基作为活性氧物种,可进攻脂肪链形成羟基或羰基中间产物进而促成氧化反应。

在十二烷基苯磺酸钠中加入对甲苯胺盐,则阴离子表面活性剂与对甲苯胺生成配位化合物沉淀。

降解

十二烷基苯磺酸钠常用于工农业及日常清洗作业,易与污水中的污染物结合形成胶体,加重废水处理的难度,同时十二烷基苯磺酸钠的积累具有一定生物毒性。去除十二烷基苯磺酸钠的主要方法有物理法、化学法、生物法,采用生物法处理时对微生物的生存环境有较高要求。

化学降解

ZnO催化超声降解十二烷基苯磺酸钠的过程是利用羟基自由基攻击十二烷基苯磺酸钠的十二烷基和磺基,将其氧化为邻苯二酚衍生物,最终降解为CO2、H2O等。

微生物降解法

从被十二烷基苯磺酸钠长期污染的土壤中筛选到以十二烷基苯磺酸钠为唯一生长碳源,并且降解十二烷基苯磺酸钠的细菌。细菌对十二烷基苯磺酸钠的降解浓度高达40mg /L以上,甚至对更高浓度的十二烷基苯磺酸钠也有较好的降解能力。从而表明将细菌培养并应用于活性污泥法生物膜法处理高浓度十二烷基苯磺酸钠废水是可行的。使十二烷基苯磺酸钠在微生物作用下逐渐分解并在环境中消失。

机械化学法

机械化学方法对有机污染物的处理环境友好、高效,广泛应用于土壤修复。机械化学球磨法可降解有机污染物,其原理是通过机械能诱发化学反应,改变物理化学性质,进而促使有机化合物溶解。球磨法也可运用到十二烷基苯磺酸钠的降解中,相关研究表明,最优球磨条件下,外源添加剂La2O3和Fe3O4对单纯十二烷基苯磺酸钠的降解率分别为93.89%和85.56%,球磨后十二烷基苯磺酸钠的分子离子峰变弱,有机小分子的离子峰较多,这也表明十二烷基苯磺酸钠已被球磨降解。

应用领域

洗涤剂

十二烷基苯磺酸钠是阴离子型表面活性剂,因生产成本低、性能好,用途广泛。其作为家用洗涤剂以用量最大的合成工业味精,易与各种助剂复配,对颗粒污垢、蛋白污垢和油性污垢有显著的去污效果,对天然纤维上颗粒污垢的洗涤作用尤佳,去污力随洗涤温度的升高而增强,对蛋白污垢的作用高于非离子表面活性剂,且泡沫丰富。由于直链烷基苯磺酸盐对氧化剂十分稳定,溶于水,因此适合制备添加氧化漂白剂的洗衣粉。此外,其还可做纺织工业的清洗剂。

钻井

十二烷基苯磺酸钠是常见的泡沫剂,泡沫及泡沫钻井液已广泛应用于石油天然气钻井。其特点是密度低、携岩能力强、保护油气层、钻井速度快等,是一种有发展前途的钻井液。纯液体是很难形成稳定泡沫的,因为泡沫中作为分散相的气体所占的体积一般都超过90%,而极少量的液体作为外相被气泡压缩成薄膜,极易破灭。要使液膜稳定,必须加入第三种物质,即泡沫剂。

印刷

喷墨印刷所用的石墨烯等过渡金属维材料墨水,通常用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,采用水、异丙醇或乙醇等作为溶剂,此时需要在墨水中添加十二烷基苯磺酸钠来提高墨水的稳定性和可印刷性。

农业领域

十二烷基苯磺酸钠曾用于农作物欧洲尘螨的防治和灭虱研究,疗效甚佳。由实验结果可知,当十二烷基苯磺酸钠浓度增加,触杀时间则缩短,并且与甲硝唑比较,十二烷基苯磺酸钠杀螨效果明显优于同浓度的甲硝唑。

其他

十二烷基苯磺酸钠还可用于化妆品、食品、印染等领域作乳化剂、抗静电剂;可作为改变矿物表面物理化学性质或创造条件调节矿物可浮性的浮选剂;作为渗透剂促进纤维或织物表面快速被水或含有染料和助剂的水溶液润湿,帮助它们渗透到纤维内的空隙中与纤维充分接触。制革中可用于浸水助剂,洗涤、净化皮张表面,也可直接采用十二烷基苯磺酸钠促进脱脂作用。此外,其还可做染色助剂,电镀工业的脱脂剂造纸工业的脱墨剂等。

物质结构

十二烷基苯磺酸钠是以芳香族化合物为基础的,以烷链结合于芳环上。

烷烃异构

十二烷基苯磺酸钠上具有直链和支链构型的侧链,由于支链烷基苯磺酸钠的生物降解性差,对河流和地下水污染严重,所以广泛应用的是直链的烷基苯磺酸钠。

苯环异构

十二烷基苯磺酸钠中的磺基和十二烷基在苯环上可以分别构成邻位、对位和间位。

制备

十二烷基苯磺酸钠可由含十二个碳为主的α-烯烃或氯代十二烷为原料,与苯进行烷基化后再磺化,加以氢氧化钠中和而得。

烷基化

以含十二个碳为主的α-烯烃或氯代十二烷为原料,与苯进行烷基化。

磺化法

由过量H2SO4磺化法、SO3磺化法、氯磺酸磺化法制得直链烷基苯磺酸。原料都是十二烷基苯,一般使用的磺化剂浓硫酸发烟硫酸氯磺酸等,十二烷基苯在磺化剂的作用下得到十二烷基苯磺酸。

过量H2SO4磺化法

在实验室中,由于条件的限制,可以用浓硫酸进行磺化。

SO3磺化法

该反应剧烈放热,反应速率极快,几乎在瞬间完成,有多种副反应发生后处理步骤多且复杂。

氯磺酸磺化法

用氯磺酸磺化可以在室温下进行,反应不可逆,基本上按化学计量进行。该反应速率快,产物收率高,只是氯磺酸有毒,反应过程中有氯化氢气体产生。

安全事宜

安全标识象形图

GHS 分类

毒性

毒性概述,小鼠经LD50为2g/kg。对小鼠静脉注射LD50为105mg/kg。十二烷基苯磺酸盐的慢性毒性观察,以0.02%、0.1%、0.5%的浓度混于食物中,喂饲大鼠2年无毒作用,该品基本无毒。未见职业中毒报道。

危害

其浓溶液对皮肤及粘膜有一定刺激,手洗对皮肤有一定刺激性。

根据已报道的国内外十二烷基苯磺酸钠污染情况可知,其广泛存在水体中,对水生生物生存会产生一定的风险,且污染程度与地域有一定关系,城市内水体中十二烷基苯磺酸钠污染情况更加严重。因此在污染防治工作中要重点加强对城市水体的保护,严格控制工业及生活污水的排放。

急救措施

针对不同情况给予相应急求措施:如果不慎吸入十二烷基苯磺酸钠,需要将中毒者移动至户外呼吸新鲜空气并且休息;食入,则需马上漱口并且催吐(仅限有意识的人),饮用大量水,尽快转诊就医;皮肤接触,需尽快脱掉受污染的衣服,并且用水和约翰·麦克塔维什冲洗干净触碰到十二烷基苯磺酸钠的皮肤;眼睛接触,首先用大量清水冲洗眼睛,持续数分钟,若有带隐形眼镜需要马上摘下隐形眼镜,尽快就医。

泄漏与消防

如果周围发生火灾,请使用适当的灭火介质。迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并立即隔离,划分出1500m戒严范围,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。

储存

十二烷基苯磺酸钠会与酸和酸性烟雾发生反应,产生有毒和刺激性烟雾,所以平时储存需要把十二烷基苯磺酸钠与酸分离,以避免其发生反应。

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