Определение показателей безопасности СМС и изучение влияния их растворов на объекты живой и не живой природы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Лыгин С.А.1, Нуртдинова Р.Р.2 ©

1Канд. хим. наук, доцент; 2бакалавр.

Кафедра химии и методики обучения химии,

Бирский филиал Башкирского государственного университета

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ СМС И ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИХ РАСТВОРОВ НА ОБЪЕКТЫ ЖИВОЙ И НЕ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Аннотация

В статье рассматривается вопрос возможного пагубного влияния синтетических моющих средств, как на окружающую среду, так и на объекты живой и не живой природы. Так же рассмотрены автошампуни, которые при нарушении правильности их использования влияют на экологию окружающей среды.

Ключевые слова: СМС, экология, окружающая среда, автошампунь.

Keywords: SMS, ecology, environment, car shampoo.

Наиболее часто используемыми, как в повседневной жизни, так и в промышленной сфере, товарами бытовой химии являются синтетические моющие средства (СМС).

СМС - это жидкие, пастообразные и порошкообразные вещества различного назначения, которые содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также другие органические и неорганические соединения, повышающие эффективность ПАВ [5]. Применяются в водных растворах для удаления загрязнений с различных поверхностей: -ткань, волокно, металл, стекло, керамика и т. д.

Основными компонентами большинства СМС являются: ПАВ,

комплексообразователи (фосфаты), отбеливатели, активаторы, стабилизаторы, консерванты, пеногасители, красители, отдушки.

Масштабное использование СМС приводит к загрязнению окружающей среды веществами, наносящими вред растительному и животному миру, в частности, фосфаты, содержащиеся в СМС, способствуют эвтрофикации водоёмов [1]. Кроме этого, в СМС могут содержаться тяжелые металлы (ТМ), которые с отработанными сточными водами могут загрязнять водоёмы и почву. СМС, попадая в водоемы, изменяют кислотно-щелочной баланс. При величине рН более 9,0 вода становится непригодной для большинства водных организмов. Щелочная среда СМС может также стать причиной дерматитов на коже рук.

Компоненты СМС могут оказывать пагубное влияние на объекты живой природы, попадая в окружающую среду со стоками вод. Особое внимание следует уделить частным хозяйствам сельской местности, ведь там не существует канализационных стоков и отработанные воды, очень часто выливают недалеко от посаженных сельскохозяйственных культур, а говоря простым языком - в сад или огород. Таким образом, флора сада и огорода подвержена воздействию компонентов СМС. Но в зоне риска находятся также и всевозможные представители животного мира, например дождевые черви. Кроме того, в процессе использования и утилизации отработанных вод СМС, они соприкасаются с различными металлическими поверхностями (трубы, раковины и т.д.)

В настоящее время, как никогда, актуальна проблема защиты окружающей среды, и выбор таких МС, которые в меньшей степени наносят вред природе, является важной задачей каждого человека.

Цель работы: определение показателей безопасности СМС и изучение влияния их растворов на объекты живой и неживой природы.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

© Лыгин С.А., Нуртдинова Р.Р., 2015 г.

- провести социологический опрос для выявления наиболее используемых марок средств для мытья посуды, стиральных порошков и автомобильных шампуней;

- провести физико-химические исследования показателей безопасности выбранных

СМС;

- изучить влияние растворов СМС на объекты живой природы - дождевых червей;

- изучить влияние растворов СМС на объекты неживой природы - металлические предметы.

По итогам опроса для проведения экспериментальной части работы были отобраны по три наиболее используемых средств каждого вида СМС:

- средства для посуды: “Fairy”, “Биолан”, “Миф”;

- стиральные порошки: “Ушастый Нянь”, “Dosia”, “Tide”;

- автомобильные шампуни: “ Best Basic Formula (BBF)”, “Элтранс” и шампунь из автомойки “Grass Active Foam”.

Оценка наиболее важных физико-химических, с точки зрения экологии, показателей СМС, является важным аспектом.

К показателям безопасности СМС относятся такие характеристики как: - концентрация водородных ионов (рН);

- пенообразующая способность и устойчивость пены;

- определение массовой доли фосфорнокислых солей;

- определение наличия тяжелых металлов (ТМ).

Приготовление растворов СМС и проведение испытаний осуществлялось в соответствии с сертифицированными методиками ГОСТа.

Определение концентрации водородных ионов СМС При выполнении работы использовалась методика ГОСТ 22567.5-93 [3]. Опыт проводился на приборе для измерения концентрации водородных ионов: pH-метр «Анион-4100».

За результат исследования приняли среднеарифметическое трех параллельных определений. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты определения рН СМС

Наименование образца Значение рН ПДК

«Fairy» - № 1 7,59 7,5 - 11,5

«Биолан» - № 2 7.61

«Миф» - № 3 7,55

«Ушастый Нянь» - № 4 10,02

«Dosia» - № 5 10,82

«Tide» - № 6 10,94

«BBF»- № 7 7,14

«Элтранс» - № 8 7,98

«Grass Active Foam» - № 9 7,61

В соответствии со стандартом показатель концентрации водородных ионов нормируется в пределах 7,5 - 11,5. Следовательно, результаты всех образцов соответствуют нормам ГОСТа.

Растворы стиральных порошков имеют щелочную среду, что может оказывать негативное влияние на объекты живой природы и кожу рук человека.

Растворы средств для мытья посуды и автошампуней имеют pH близкий к нейтральной.

Определение пенообразующей способности и устойчивости пены

Для определения пенообразующей способности в мерные цилиндры вместимостью 200 мл помещают по 50 мл 1-процентного раствора СМС. Жидкость в цилиндрах энергично встряхивают в течение 15 с, затем замеряется объем пены в (мм) тотчас после встряхивания сразу - h (1) и по истечении 5 - h (2), 10 - h (3) и 15 - h (4) мин. Результаты представлены на рис. 1.

Средняя способность к пенообразованию определяется средней высотой пены. Среднюю устойчивость пены (рис. 2) вычисляют по формуле:

Уср = Нср/Но.

Из рисунков видно, что наименьшей пенообразующей способностью обладают стиральные порошки, наибольшей автомобильные шампуни. Устойчивость пены так же выше у автошампуней.

Рис. 1. Пенообразующая способность

Л

X

<3J

Л

I-

U

О

со

)Х

о

I-

U

>

к

к

Ct

<и

о.

и

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

0,75

* /

у

&

хГ

Рис.2. Средняя устойчивость пены

Определение содержания фосфорнокислых солей

При выполнении работы использовалась методика ГОСТ 22567.7-87 [2]. Опыт проводился на приборе для измерения оптической плотности растворов спектрофотометре «UV-1800 Shimadzu».

Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2

Массовая доля фосфорнокислых солей при пересчете на Р2О5

Наименование образца Массовая доля фосфорнокислых солей при пересчете на Р2О5, % ПДК

«Fairy» - № 1 7,25 22%

«Биолан» - № 2 15,56

«Миф» - № 3 17,78

«Ушастый Нянь» - № 4 13,28

«Dosia» - № 5 7,65

«Tide» - № 6 10,48

«BBF»- № 7 8,56

«Элтранс» - № 8 8,39

«Grass Active Foam» - № 9 15,42

Все исследуемые образцы содержат фосфаты. Содержание колеблется от 7,25-17,78%.

В соответствии со стандартом массовая доля фосфорнокислых солей в синтетических моющих средствах должна быть не более 22%. Следовательно, все СМС соответствуют нормам ГОСТа 22567.7-87 «Средства моющие синтетические».

Определение тяжелых металлов в СМС

Было предположено, что СМС могут содержать ТМ. Минерализацию проб проводили согласно методике ГОСТ 30178-96 [4].

При выполнении работы использовался метод атомно-абсорбционной спектрометрии. Опыт проводился на приборе спектрометре «КВАНТ - Z.ЭТА».

У средненные результаты трехкратных измерений представлены в таблице 3.

Результаты определения ТМ

(для порошков - мкг/кг, для жидких СМС - мкг/дм3)

Таблица 3

Наименование образца Cu (мкг/кг, мкг/дм3) Cd (мкг/кг, мкг/дм3) Pb (мкг/кг, мкг/дм3)

«Fairy» - № 1 2,7801 0,0530 0,1459

«Биолан» - № 2 2,6473 0,000 0,1435

«Миф» - № 3 1,8911 0,0091 0,0781

«Ушастый Нянь» - № 4 3,4012 0,0872 0,1342

«Dosia» - № 5 2,5404 0,061 0,2548

«Tide» - № 6 3,6322 0,099 0,1256

«BBF»- № 7 4,3667 0,0933 0,6769

«Элтранс» - № 8 5,867 0,2351 0,089

«Grass Active Foam» - № 9 7,5672 0,0605 0,1731

Как выяснилось, все СМС содержат ТМ, хотя и в незначительных количествах. Их наличие в СМС можно объяснить тем, что ТМ могут попадать в них через сырье, а также в процессе производства, соприкасаясь с элементами технологического оборудования.

Изучение влияния растворов МС на дождевых червей Было решено поставить опыт на дождевых червях. Для проведения опыта, в стеклянные банки засыпали почву, взятую из одного места, в которые поместили по (5ч*3б) одинаковых по размеру дождевых червей. Приготовили 1% растворы СМС (Dosia, Fairy, ВВБ) и для сравнения были приготовлены раствор мыла и обычная вода. Полили банки 20 мл раствора и оставили на 7 дней в естественных условиях. Данный опыт повторили 3-х кратно. Результаты при пересчете на 15 штук-100% приведены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты влияния растворов МС на дождевых червей

Наименование СМС Соотношение живых и мертвых червей, % Внешние изменения

Dosia 67 / 33 Погибли - 5, остальные очень сильно изменились внешне, стали намного меньше в размерах

Fairy 13 / 87 Погибли - 13, живых - 2 но они уменьшились в размерах, изменили окраску, ощущается трупный запах

BBF 0 / 100 Погибли - 15, ощущается только трупный запах

Хоз. мыло 27 / 73 Погибли - 4, 11 - живы, незначительно изменилась окраска (стали более светлыми), уменьшились в диаметре

Вода 100 / 0 Внешний вид не изменился

Внешний вид червей после эксперимента представлен на рис. 3.

А

Б

В

Рис.3. Внешний вид дождевых червей после действия на них растворов:

А - воды; Б - хозяйственного мыла; В - стирального порошока

Из данных таблицы 4 и рис. 3 видно, что дождевые черви “болезненно” реагируют на растворы СМС. Можно предположить, что компоненты СМС разрушают белковые структуры живых организмов.

Изучение влияние растворов СМС на коррозию металлических предметов

В процессе использования, а также в ходе утилизации отработанных растворов, СМС соприкасается с металлическим оборудованием (раковины, трубы канализации и т. д.).

Исходя из этого, было решено на примере железных предметов (гвоздей) изучить влияние растворов СМС на их коррозию.

Для проведения опыта, в стеклянные банки налили 1% растворы СМС:

Fairy (№ 2), Ушастый нянь (№ 3), BBF (№ 4), в качестве раствора сравнения

выступила обычная водопроводная вода (№ 1).

В каждую банку положили по 3 железных гвоздя. Как видно (рис. 4А), уже через 3 часа начались признаки коррозии, практически на всех образцах. Через 9 дней (рис. 4Б) закончили опыт. С помощью пинцета достали гвозди из растворов СМС и сушили при комнатной температуре (рис. 4В). Из рисункам видно, что в растворе “Fairy” коррозии больше по сравнению с водой. В растворе “BBF” коррозия сопоставима с водой. А в растворе стирального порошка наблюдалась точечная коррозия, это может быть связано с тем, что в порошок добавлены антикоррозионные добавки.

А

Б

В

Рис.4. Результаты влияния воды и СМС на железные гвозди:

А - через 3 часа; Б - через 9 дней; В - после высушивания

Исходя из результатов эксперимента, можно сделать вывод, что СМС всех видов отрицательно влияют на живые организмы, а так же оказывают значительное влияние на металлические предметы, подвергая их коррозии. Можно предположить, что это зависит в большей степени от физико-хими-ческих показателей СМС.

Литература

1. Вернигорова В.Н., Макридин Н.И., Соколова Ю.А., Максимов И.Н. Химия загрязняющих веществ и экология. - М.: Издательство «Палеотип», 2005. - 240 с.

2. ГОСТ 22567.7-87 Средства моющие синтетические. Метод определения массовой доли фосфорнокислых солей. - М.-1988.

3. ГОСТ 22567.5-93 Средства моющие синтетические и вещества поверхностно-активные. Методы определения концентрации водородных ионов.-М.-2003.

4. ГОСТ 30178-96 Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. - М.-2010.

5. Николаев П. В., Козлов Н. А.,. Петрова С. Н. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств: учеб. пособие - Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2007. -116 с.