آبکافت سورفکتین بر روی کربن فعال 

Hydrolysis of surfactin over activated carbon

چکیده
1- مقدمه
2- مواد و روش ها
2-1- مواد
2-2 ویژگی های کربن فعال
2-3- حلال های LC
2-4- هیدرولیز سورفکتین
2-5- آنالیز
2-6- تغییر شکل اسیدی کربن فعال شده
3- بحث و نتایج
3-1- هیدرولیز سورفکتین
3-2- تایید ساختار سورفکتین خطی
3-3- ارتباط بین پارامترهای کربن فعال و هیدرولیز سورفکتین
3-4- تایید نقش کلیدی pHPZC بر میزان هیدرولیز سورفکتین
4- نتایج
منابع

چکیده

سورفکتین از کاتالیز میکروارگانیسم ها بدست می آید که در مفهوم پالایش زیستی ما، طی پردازش پایین دست بر روی کربن فعال (AC) خالص می شود. وقتی AC با خواص ویژه مورد استفاده قرار می گیرد ممکن است علاوه بر سورفکتین حلقوی، آنالوگ های خطی سورفکتین نیز بدست آیند. در مقاله پیش رو، هیدرولیز آنالوگ های سورفکتین حلقوی مختلف بواسطه کربن فعال که شرح داده می شود، صورت گرفته و محصولات هیدرولیز با استفاده از HPLC/UV/MS شناسایی شده اند. در این مقاله همچنین فعالیت هیدرولیزی شش کربن فعال تجاری و سه کربن فعال اصلاح شده ارزیابی شده است. بافت متخلخل ACs با اندازه گیری میزان جذب و ترکیب اصلی سطح ACs بوسیله تجزیه SEM-EDS مشخص شده، و مقدار pHPZC و رطوبت، خاکستر و محتوای ماده فرار آنها نیز با استفاده از تجزیه گروهی تعیین شده و خواص ACs با فعالیت هیدرولیتیک آنها ارتباط داده شده و نقش اصلی pHPZC آلکالین معین شده است. اثرات سودبخش pHPZC آلکالین نیز با تعدیل اسید AC که قبلا فعالیت هیدولیتی نشان داده بود، و این توانایی بعد از کاهش pHPZC از بین رفته بود، مورد تایید قرار گرفته است.

4- نتایج

تخمیر کنجاله کلزا بوسیله باکتری باسیلوس سوبتیلیس منجر به تولید مقدار زیادی از محصولاتی مانند سورفکتانت های زیستی، پلیمرهای زیستی، و افزودنی های خوراکی می شود. ما در پالایش زیستی، برای خالص سازی سورفکتین بعد از بیوسنتز آن از کربن فعال استفاده می کنیم. اصلاح خواص AC به ما اجازه می دهد تا آنالوگ های سورفکتین خطی را از طریق هیدرولیز کاتالیز شده بر روی کربن فعال تولید کنیم. ساختارهای ترکیبات بدست آمده بر اساس آنالیز HPLC/UV/MS پیش بینی شدند. این آنالیز نشان دادند که پیک های یون مولکولی مطابق با پیک های HPLC-UV جدید دارای m/z = 8/1012، 8/1026، 8/1040، و 8/1054 می باشند، که این مقادیر با Da18 بالاتر شش پیک استاندارد سورفکتین اصلی چهار آنالوگ که از لحاظ طول زنجیره β – هیدروکسی اسید چرب، 12C، 13C، 14C، و 15C متفاوتند، سازگار هستند. برای شناسایی پیوند سورفکتین تحت هیدرولیز، طیف سنجی جرمی پشت سر هم انجام دادیم. تفکیک یون ها از سری های b و y در طیف یون های هر هفت آنالوگ ـ 16C-10C ـ و طیف قطعه پپتید سورفکتین خطی تولید شده در منبع با Da4501/685 = m/z یافت شدند. مسیرهای تفکیک یون ها ما را قادر به بیان این نکته می کند که کلواژ هیدرولیز در پیوند لاکتون صورت می گیرد و حلقه پپتیدی باز شده و منجر به تولید سورفکتین خطی می شود.

Abstract

Surfactin is obtained through biocatalysis by microorganisms. In our biorefinery concept, it is purified on activated carbon (AC) during downstream processing. Besides cyclic surfactin, it is possible to obtain linear surfactin analogues, when AC with specific properties is used. In the present article, the hydrolysis of various cyclic surfactin analogues mediated by activated carbon is described. Hydrolysis products were identified using HPLC/UV/MS and (Q-TOF)MS/MS. Hydrolytic activity of six commercial and three modified activated carbons was evaluated. The porous texture of ACs was determined by sorption measurements and elemental composition of ACs surface – by SEM-EDS analysis. Their pHPZC value and moisture, ash, and volatile matter content using proximate analysis were also determined. Properties of ACs were correlated with their hydrolytic activity, and the crucial role of alkaline pHPZC was found. The beneficial effect of alkaline pHPZC was further confirmed by acid modification of AC that had previously shown hydrolytic activity and lost this ability after the pHPZC decrease.

4- Conclusions

Fermentation of rapeseed meal by Bacillus subtilis results with some value-added products such as biosurfactants, biopolymers, and feed additives. In our biorefinery, we utilize activated carbon for purifying surfactin after its biosynthesis. Modification of AC properties allows us to produce linear surfactin analogues through hydrolysis catalyzed on activated carbon. Structures of obtained compounds were predicted based on HPLC/UV/MS analysis. It revealed that the molecular ion peaks corresponding to new HPLC-UV peaks have m/z = 1012.8, 1026.8, 1040.8, and 1054.8. These correspond to 18 Da higher six major surfactin standard peaks of four homologs that differ in their βhydroxy fatty acid chain length: C12, C13, C14, and C15. To identify the surfactin bond that undergoes hydrolysis, tandem mass spectrometry was performed. Fragmentation ions from the b and y series were found in the spectra of ions of all seven analogues – C10-C16, and in the spectra of the in-source generated linear surfactin peptide fragment with m/z = 685.4501 Da. Fragmentation paths of all ions enable us to state that hydrolytic cleavage occurs at the lactone bond. The peptide ring opens, that results in linear surfactin analogues.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آبکافت سورفکتین بر روی کربن فعال 

Hydrolysis of surfactin over activated carbon

بررسی مقایسه ای استخراج به روش تزریق آب و سورفکتانت سیل با کمک اولتراسوند

Comparative study of ultrasound assisted water and surfactant flooding

چکیده
1- مقدمه
1-1- مکانیزم های برداشت نفتی فراصوت
2- روش و راه اندازی آزمایشی
2-1- تجهیزات
2-2- خواص مایع
2-3- توده متخلخل
2-4 سورفکتانت
2-5- روش آزمایشی
3- نتایج و بحث
3-1- تزریق آب
3-2 سورفکتانت سیل
3-3- اثر غلظت سورفکتانت
3-4- تاثیر شدت فراصوت بر برداشت از مخزن نفت
3-5- تاثیر اصول فراصوت بر برداشت نفت
4- نتیجه گیری
منابع

چکیده

تکنیک فراصوتی یک روش نامرسوم برای ازدیاد برداشت از مخزن نفت (EOR) است که سود اقتصادی دارد و دوست دار محیط زیست می باشد و مورد توجه محققان و مهندسین مخازن قرار گرفته است. ثابت شده است که ادغام فراصوت با روش تزریبلق آب و ادغام فراصوت با سورفکتانت، با کاهش جذب سورفکتانت در ازدیاد برداشت از مخزن نفت، موثر بوده است. مطالعات قبلی بر رفتار فازی شورآب نفتی سورفکتانت تمرکز نمودند تا مشخص کنند آیا فراصوت با سورفکتانت می تواند میزان مصرف سورفکتانت را کاهش دهد. با این حال، رفتار فازی به تنهایی نمی تواند به این سوال پاسخ دهد. بنابراین در این مطالعه، نقش غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC) در سورفکتانت سیل را مطالعه کردیم و اثر غلظت سورفکتانت بر ازدیاد برداشت از مخزن نفت را در طی فراصوت با شدت های مختلف مورد بررسی قرار دادیم. برای این هدف از یک مدل بسته ماسه ای ناپیوسته در یک حمام فراصوتی و از اشعه فراصوتی استفاده نمودیم. استخراج به روش تزریق آب و سورفکتانت، ازدیاد برداشت از مخزن نفت را به ترتیب تا 11٪ و 12٪ بهبود می دهند. تشکیل ریز امولسیون (میسل ها) در حین سورفکتانت سیل در حضور فراصوت، مهم ترین مکانیزمی است که ازدیاد برداشت از مخزن نفت را برعهده دارد. امواج فراصوت با غلظت بالای سورفکتانت و ترجیحا بالاتر از غلظت بحرانی میسل و شدت بالای امواج فراصوت، کاراتر است.

4- نتیجه گیری

هدف این مطالعه، مقایسه تاثیر امواج فراصوتی بر تزریق آب و سورفکتانت بود، از نتایج تجربی نتایج زیر به دست آمد: 1. برای افزایش جریان تزریق آب و سورفکتانت، قرار گرفتن در معرض امواج فراصوت توصیه می شود، زیرا می تواند برداشت نفت را به ترتیب به ۱۱ و ۱۲ درصد افزایش دهد. 2. تحریک موج فراصوت با دو روش مختلف، ویسکوزیته را تحت تاثیر قرار می دهد؛ (الف) تغییر دما به صورت تغییرات انرژی صوتی به انرژی گرمایی در محیط متخلخل. (ب) اثر بین مولکولی انرژی صوتی بر مولکول‌ها به دلیل حرکت براونی. 3. تشکیل ریز امولسیون (میسل ها) طی سورفکتانت سیل در حضور موج فراصوت، مهم ترین مکانیزم برای افزایش برداشت نفت بود. 4. برای سورفکتونت سیل در غلظتی بالاتر از غلظت بحرانی و در شدت بالاتر، موج فراصوت کارآمدتر است.

Abstract

Ultrasound technique is an economic advantageous and environmental friendly unconventional enhanced oil recovery (EOR) method that has been of great interest to researchers and reservoir engineers. The integration of ultrasound with water flooding and ultrasound with surfactant has been proven to be effective in increasing oil recovery by decreasing surfactant adsorption. Previous studies focused on the phase behaviour of surfactant-brine-oil to determine if ultrasonic with surfactant can actually decrease the rate of surfactant consumption. However, phase behaviour alone cannot answer this question. In this study therefore, the role of critical micelle concentration (CMC) in ultrasound assisted surfactant flooding, and the effect of surfactant concentration on oil recovery during ultrasound at different intensities were investigated. An unconsolidated sand-pack model placed inside an ultrasonic bath and ultrasonic radiation was used for this purpose. Ultrasound assisted water and surfactant flooding improve recovery up to 11% and 12% respectively. The formation of micro-emulsion (micelles) during surfactant flooding in the presence of ultrasonic wave was the most significant mechanism responsible for the increased recovery. Ultrasound vibration is more efficient at higher concentration of surfactant, preferably above CMC and at higher intensity of ultrasound.

4- Conclusions

This study was aimed at comparing the effect of ultrasonic waves on water and surfactant floodings, from the experimental results, the following conclusions were drawn; 1. Ultrasonic wave exposure is recommended for enhancing water and surfactant flooding process as it can increase oil recovery up to 11 and 12% respectively. 2. Ultrasonic wave stimulation affected the viscosity by two different ways; (a) temperature change as the sound energy changes to thermal in the porous media. (b) intermolecular effect of the sound energy on the molecules resulting in Brownian motion. 3. The formation of microemulsion (micelles) during surfactant flooding in the presence of ultrasonic wave was the most significant mechanism responsible for the increased oil recovery. 4. Ultrasonic wave is more efficient for surfactant flooding at concentration above CMC and at high intensity.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی مقایسه ای استخراج به روش تزریق آب و سورفکتانت سیل با کمک اولتراسوند

Comparative study of ultrasound assisted water and surfactant flooding

تاثیر ساختار همولوگ های brij و tween انتخاب شده بر روی پایداری ترمودینامیکی مایسل های مخلوط دوتایی آن ها

The influence of the structure of selected Brij and Tween homologues on the thermodynamic stability of their binary mixed micelles

چکیده

1. مقدمه

2. مواد و روش‌ها

۱.۲ مواد

۲.۲ روش‌ها (اندازه گیری‌های اسپکتروفلوریمتری)

۳. نظریه

۴. نتایج و بحث

۱.۴ میسل های تک جزئی

۲.۴. میسل های مخلوط دوتایی

۵. نتیجه گیری

چکیده

به‌منظور ساختن میسل هایی با مشخصات مطلوب و رفتار قابل پیش بینی، بینش در مکانیسم‌های تشکیل میسل و عواملی که منجر به پایداری میسل می‌شوند، ضروری است.

در این مطالعه، Brij S10، Brij S20، Tween 20، Tween 80 و سیستم‌های دوتایی آن‌ها بررسی شدند. اسپکتروفلوریمتری، به‌منظور به دست آوردن مقادیر آزمایشی غلظت‌های بحرانی میسل استفاده شد، که پارامترهای ترمودینامیکی از آن‌ها محاسبه شدند. 

هدف این مطالعه، تعیین طبیعت انرژی گیبس اضافی در سیستم‌های مورد بررسی بود. تجزیه و تحلیل تابع  = f(T)، به ما این اجازه را می‌دهد که چگونگی تأثیر تغییرات در ساختار سورفکتانت بر روی پایداری ترمودینامیکی سیستم‌های دوتایی را تعریف کنیم. 

نتایج نشان می‌دهد که اختلاف در طول قسمت ابگریز در میسل های مخلوط، مسئول پایداری اضافی سیستم‌های دوتایی Brij S10/ Tween 20 و Brij S20/ Tween 20 می‌باشد. در مقایسه با آن‌ها، میسل های ترکیبی شامل زنجیره‌های الکیل با طول یکسان، مقادیر  آنتروپی اضافی پایین‌تری دارند. وارد کردن پیوند الفین در زنجیره‌ی الکیل سورفکتانت (Tween 80)، سیستم دوتایی را ناپایدار کرده و مقادیر آنتروپی اضافی را کاهش می‌دهد. طولانی شدن قسمت ابگریز، منجر به یک آنتالپی مطلوب و یک آنتروپی نامطلوب می‌شود که در انرژی گیبس اضافی مشارکت دارند. 

1- مقدمه

به‌منظور گسترش دامنه‌ی استفاده از سورفکتانت ها، درک فرایند تشکیل میسل ضروری است. در برخی موارد، مولکول‌های سورفکتانت، زمانی که با در محلول‌ها ترکیب می‌شوند، میسل های مخلوطی می‌سازند که از نظر ترمودینامیکی پایدارتر از میسل های تک جزئی از سورفکتانت های منفرد هستند. چنین سیستم‌های دوتایی، با غلظت‌های بحرانی میسل (cmc) پایین‌تر نسبت به محلول‌های خالص سورفکتانت ها، مشخص می‌شوند. به‌منظور ساختن انواع جدید میسل های مخلوط، تخمین رفتار آن‌ها و تسهیل استفاده‌ی ایمن آن‌ها در سطح صنعتی، تغییراتی که منجر به پایداری میسل مخلوط می‌شوند، بایستی مورد بررسی قرار بگیرند. 

5- نتیجه گیری

نظریه‌ی محلول منظم در مخلوط‌های دوتایی بررسی شده، بدون اصلاحات مشخص مربوط به وجود آنتروپی اضافی، نمی‌تواند اعمال شود. تغییرات در مقادیر پارامتر تعامل  برای سیستم‌های دوتایی آنالیز شده می‌تواند به‌عنوان تابعی از دما تشریح شود. این یک ترکیب از هر دوی ماهیت آنتروپی و آنتالپی انرژی گیبس اضافی تشکیل میسل است. تفاوت در طول زنجیره‌های ابگریز در میسل های مخلوط (حاضر در میسل های Brij S10/Tween 20 و Brij S20/Tween 20) مسئول پایداری اضافی آن‌ها است. در مقایسه با آن‌ها، سیستم‌های ساخته شده از مونومرهایی با زنجیره‌های الکیل با طول یکسان، مقادیر آنتروپی اضافی کمتری دارند. از آنجایی که زنجیره‌های پلی اکسی اتیلن بلندتر در پیوندهای هیدروژنی بیشتر با مولکول‌های حلال درگیر می‌شوند، طولانی شدن قسمت قطبی منجر به مشارکت آنتالپی مطلوب می‌شود که در تضاد با مشارکت آنتروپی نامطلوب است. پیوند الفین حاضر در مولکول‌های Tween 80، مسئول یک افزایش در منطقه‌ی سطح ابگریز هسته‌ی میسل هستند که نیاز به هیدراته شدن دارد. این اثر هر دوی ورودی آنتروپی و آنتالپی به انرژی گیبس اضافی را کاهش می‌دهد. 

Abstract

In order to construct micelles with desirable characteristics and predictable behaviour, insights in micellization mechanisms and factors leading to micelle stabilization are necessary.

In this study, Brij S10, Brij S20, Tween 20, Tween 80 and their binary systems were examined. Spectrofluorimetry was used in order to obtain experimental values of critical micelle concentrations from which thermodynamic parameters were calculated.

The aim of the study was to determine the nature of the excess Gibbs energy in examined systems. Analysis of the function β = f(T), allowed us to define how variations in surfactants’ structure affect the thermodynamic stabilization of binary systems.

Results show that the difference in the length of hydrophobic segments in mixed micelles is responsible for the additional stabilization of Brij S10/Tween 20 and Brij S20/Tween 20 binary systems. In comparison to them, mixed micelles containing alkyl chains of the same length have lower excess entropy values. Introduction of olefin bond in surfactant’s alkyl chain (Tween 80) destabilizes the binary system and reduces its excess entropy values. Elongation of hydrophilic segments results in a favourable enthalpic and an unfavourable entropic contribution to the excess Gibbs energy.

1- Introduction

Understanding of the micellization process is necessary in order to expand the application area of surfactants. In some cases, surfactant molecules, when combined in solutions, build mixed micelles that are thermodynamically more stable than single-component micelles of individual surfactants. Such binary systems are characterized with lower critical micelle concentrations (cmc) than pure solutions of surfactants [1–6]. Changes that lead to the stabilization of a mixed micelle need to be explored in order to construct new types of mixed micelles, predict their behaviour and facilitate their safe application industry-wide [7,8].

5- Conclusions

Regular solution theory cannot be applied on investigated binary mixtures without certain corrections regarding the existence of the excess entropy. Changes in the values of the b interaction parameter for analysed binary systems can be described as a function of temperature. This is a conformation of both entropic and enthalpic nature of excess Gibbs energy of micellization. The difference in length of the hydrophobic chains in mixed micelles (present in Brij S10/Tween 20 and Brij S20/Tween 20 micelles) is responsible for their additional stabilization. In comparison to them, systems built of monomers with alkyl chains of the same length have lower excess entropy values. Since longer polyoxyethylene chains engage in more hydrogen bonds with solvent molecules, elongation of polar segments results in favourable enthalpic contribution that opposes an unfavourable entropic contribution. Olefin bond present in Tween 80 molecules is responsible for an increase in the area of hydrophobic surface of a micelle’s core that needs to be hydrated. This effect reduces both enthalpic and entropic input in excess Gibbs energy.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر ساختار همولوگ های brij و tween انتخاب شده بر روی پایداری ترمودینامیکی مایسل های مخلوط دوتایی آن ها

The influence of the structure of selected Brij and Tween homologues on the thermodynamic stability of their binary mixed micelles

فعل و انفعالات اصلی سورفاکتانت ها در فرمولاسیون پروتئین درمانی: مروری

Key interactions of surfactants in therapeutic protein formulations: A review

Abstract

Proteins as amphiphilic, surface-active macromolecules, demonstrate substantial interfacial activity, which causes considerable impact on their multifarious applications. A commonly adapted measure to prevent interfacial damage to proteins is the use of nonionic surfactants. Particularly in biotherapeutic formulations, the use of nonionic surfactants is ubiquitous in order to prevent the impact of interfacial stress on drug product stability. The scope of this review is to convey the current understanding of interactions of nonionic surfactants with proteins both at the interface and in solution, with specific focus to their effects on biotherapeutic formulations.

1 Introduction

Throughout the past decade, there has been a steady increase in the availability of new biological drugs for patients to treat critical and life threatening diseases in various therapeutic areas from oncology to metabolic diseases [1,2]. Correspondingly, there has also been a surge in drug discovery of therapeutic proteins, especially monoclonal antibodies and their related formats such as antibody drug conjugates and bispecific antibodies. It is critical to preserve the stability of any biologic during bioprocessing, drug product manufacturing, transportation, storage, and administration to the patient. Therefore, formulating the protein suitably and optimally requires significant attention to preserve its stability during all possible stresses until it reaches the patient. There are numerous mechanisms that may trigger the formation of aggregates and particles (e.g. hydrophobic association of partially denatured protein, chemical modifications, and interactions with interfaces) [3]. These events may affect the quality of the product and/or increase the level of visible and sub-visible particles beyond the acceptance criteria. The presence of aggregates also raises a concern as a driving factor for immunogenicity; however, to date only chemically modified aggregates of biologics have shown a clear ability to induce anti-drug antibodies in preclinical models [4,5].

One of the major stresses proteins may encounter is interfacial stress (e.g. from air/water interfaces due to mixing of liquid formulations, or ice/water interfaces during freezing/thawing), which if not suitably stabilized generates aggregates or proteinaceous particles [6]. In the absence of stabilizing surfactants and while under stress or long-term storage, fractions of the therapeutic proteins tend to aggregate and/or generate particles [7–9]. It is in this context that surfactants are prevalently used in the pharmaceutical industry to provide and ensure protein stability, although other excipients (e.g. cyclodextrins) have also shown protection properties [3,10,11]. Certain surfactants, such as polysorbates, have a proven safety profile established by their use as excipients in small molecule drug formulations, acting as solubility enhancers for poorly water-soluble drugs and later used as dispersion stabilizers for nanoparticle formulations [12–18]. The interactions of both ionic and nonionic surfactants with proteins have been reviewed previously [19–21], providing a broad overview. However, the scope of this review is focused on nonionic surfactants and their protection of therapeutic proteins in parenteral formulations, as they play a prominent role as protein stabilizers in commercial formulations, in contrast with ionic surfactants [22,23]. This review will discuss the present state of knowledge of the mode of interaction between proteins and surfactants at air–water and oil–water interfaces, as well as protein–surfactant interactions in solution. Surfactants extensively used in marketed biologics (e.g. polysorbate 20, polysorbate 80, and pluronics (P188)) are the primary emphasis for this discussion.

استفاده از سورفکتانت ها برای احیای خاک های آلوده: یک مقاله مروری

Use of surfactants for the remediation of contaminated soils: A review

چکیده
1-مقدمه
4-1 سورفکتانهای یونی
4-2 سورفکتانتهای غیریونی
4-3 سورفکتانتهای دوبخشی
4-4 بیوسورفکتانت
4-5-سورفکتانتهای مرکب و استفاده ترکیبی از آنها
5-اظهاراتی برای نتیجه گیری و دیدگاه آتی

چکیده
به دلیل ضرر زیادی که در اثر آلودگی خاک ایجاد می شود، علاقه فزاینده ای برای بکارگیری سورفکتانت ها برای احیای انواع خاکهای الوده در کل دنیا وجود دارد. این مقاله مروری خلاصه ای از یافته های متون علمی اخیر راجع به احیای خاکهای/محلهای الوده با استفاده از سورفکتانت ها به عنوان یک ماده فعال تشدید کننده می باشد. برای تکنولوژی احیای مبتنی بر سورفکتانت، رفتارهای جذب سطحی سورفکتانتها به خاک، قابلیت محلول سازی سورفکتانت ها، و سمّیت و قابلیت سازگاری زیستی سورفکتانت ها ملاحظات مهمی می باشد. سورفکتانت ها می تواند باعث تقویت جذب سطحی آلاینده ها از خاک و ایجاد احیای زیستی مواد ارگانیک با افزایش قابلیت دسترسی زیستی آلاینده ها بشوند. گرفتن فلزات سنگین و مواد هسته ای رادیواکتیو از خاک مستلزم مکانیسم های حل سازی، تشکیل کمپلکس با سورفکتانت و تبادل یونی می باشد. علاوه بر سورفکتانت های یونی و غیریونی متداول، سورفکتانت های دوتایی و سورفکتانت های زیستی نیز برای احیای خاک به دلیل خصوصیات خوب آنها نظیر مقادیر غلظت میسلی بحرانی پایین تر (CMC) و قابلیت سازگاری زیستی بهتر بکار می روند. سیستم های ترکیبی سورفکتانت و استفاده ترکیبی از سورفکتانت ها با سایر مواد افزودنی اغلب برای بهبود عملکرد کلی محلول شستشوی خاک برای آلاینده زدایی اتخاذ می شوند. در کل دنیا مطالعات میدانی و احیا در مقیاس کامل با استفاده از تکنولوژی های مبتنی بر سورفکتانت همچنان محدود است ولی مواردی که قبلا معلوم شده نشان دهنده جنبه خوب بکارگیری تکنولوژی های مبتنی بر سورفکتانت برای احیای خاک می باشد.

1 مقدمه
آلودگی خاک یک مسئله جهانی است و می تواند یک مانع اصلی برای توسعه پایدار باشد. این کار باعث برهم زنی تعادل اکوسیستمی شده و باعث افزایش زیان اقتصادی و صدمه به سلامت انسان می شود. الودگی خاک اساسا در اثر اقدامات غیرمسئولانه یا نامناسب دفع زباله، مانند تخلیه صنعتی نامناسب، ضایعات حفاری و معدن، دفع زباله ها و ذخایر بوجود می اید. الاینده های شایع خاک عبارتند از فلزات سنگین، مواد آلی سمی، و مواد هسته ای رادیواکتیوی. افزایش میزان فلزات سنگین در خاک در بسیاری کشورها و نواحی صنعتی گزارش شده است. فزات و متالوئیدهای آنها نظیر کروم، کادمیوم، جیوه و سرب می تواند باعث بمخاطره اندازی اکوسیستم و سلامت انسان از طریق زنجیره های غذایی یا تماس مستقیم با خاک/آب آلوده بشود. آلاینده های آلی نظیر حلال های کلردار فرّار، بی فنیل های پلی کلردار (PCB) و محصولات نفتی مسئله تهاجمی دیگری به دلیل سمیت اینها ، تحرک و فراوانی گونه ها می باشد. این آلاینده های آلی به ندرت در خاک تجزیه می شوند و به سلامت انسان و محیط زیست از طریق سمیت برای گونه های گیاهی و حیوانی صدمه می زند. فعالیت های انسان نیز باعث الودگی خاک بوسیله مواد هسته ای رادیواکتیو نظیر بارش رادیواکتیو حاصل از آزمایش اتمسفری سلاح های هسته ای، نشت ضایعات رادیواکتیوی، و رویدادهای رادیواکتیو نظیر حوادث چرنوویل و فوکوشیما می شود. خاکهای آلوده با میزان اندکی از مواد هسته ای رادیواکتیو می تواند مخاطرات تشعشعاتی درازمدتی را برای سلامت انسان از طریق زنجیره های غذایی و سایر مسیرها دربر داشته باشد.
به دلیل ریسک بالا برای سلامت انسان و امنیت اکولوژیکی، خاکهای الوده نیاز به احیا برای بازیابی شان دارند. بسیاری تلاشهای احیا از جمله تکنولوژی های پیشرفته برای دستیابی به احیای برجسته و مقرون به صرفه محیط زیستی زمین های الوده صورت گرفته است.در میان این تکنولوژی ها، شستشوی خاک/آب شویی یک روش با کارایی زمانی و چندکاره می باشد، و توجه روزافزونی را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است. شستشوی خاک یک فرایند مکانیکی است که از مایعات، و معمولا محلولهای آبی برای خارج سازی آلاینده های شیمیایی از خاک استفاده می کند. در احیای عملی، به دلیل اینکه الاینده ها به سطوح ذرات خاک می چسبند و معمولا قابلیت حل پایینی در آب دارند، افزودنی هایی مانند اسیدها، سورفکتانت ها و مواد شلاته سازی اغلب به حامل های مولکولی اضافه شده تا الاینده ها را از خاک با حل شدگی جدا سازند. سورفکتانت ها یک گروه از مواد شیمیایی آمفی فیلیک هستند که همزمان در ساختار مولکولی دارای هم بخشهای هیدروفیلیک و هم هیدروفوبیک می باشند. ساختار مولکولی منحصر به فرد سورفکتانت به تقویت قابلیت حل شدگی آلاینده های خاک در آب بویژه برای ترکیبات آلی هیدروفوبیک کمک می کند. انواع سورفکتانتها مانند سورفکتانت های انیونی، کاتیونی، زویترونی و غیریونی تست شده و یا برای احیای خاک بکار رفته اند. برای یک شستشوی خاک خارج از محل با استفاده از محلول آبی سورفکتانت، روش کلی کار به طور شماتیک در شکل Fig. 1a آمده است. خاک آلوده حفاری شده با پیش عملی آوری شده و با آب حاوی سورفکتانت ها ترکیب می شود و هم زده می شود. بعد از شستشو، ذرات رس اجازه ته نشست داشته و حاملین مولکولی (یعنی محلولهای شستشو) را می توان جداسازی نمود و برای استفاده مجدد بعدی مجددا آماده سازی کرد. شستشوی خاک خارج از محل می تواند یک دامنه وسیعی از غلظتهای آلاینده درون ریز را تصفیه کند و امکان بازگشت فراکسیون های زبر و تمیز خاک را به محل با هزینه نسبتا کمی فراهم آورد. آب شویی خاک در محل با حاملین سورفکتانت راهکار دیگری برای کاربرد عملی می باشد (شکل Fig. 1b). محلولهای آب شویی نظیر مایعاتی که دارای سورفکتانت می باشد، به حیطه آلودگی از طریق چاههای تزریق، تزریق می شود. آلاینده های خاک با محلول سازی (برای مثال تشکیل میسل ها به کمک محلولهای آب شویی) یا تعاملات شیمیایی متحرک می شوند. بعد از عبور از منطقه آلودگی، مایع حامل آلاینده جمع آوری شده و به سطح برای دورریزی، گردش مجدد یا تصفیه در محل و تزریق مجدد آورده می شود. تا کنون، آب شویی خاک یکی از مسیرهای تصفیه معدودی است که می تواند کاملا فلزات سنگین، مواد آلی و مواد هسته ای رادیواکتیو را از خاکهای آلوده جداسازی نماید. سورفکتانت یک ماده افزودنی است که برای شستشوی خاک یا سایر تکنولوژی های احیا استفاده می شود نظیر احیای زیستی تقویت شده با سورفکتانت، احیای فیتو تقویت شده با سورفکتانت، و احیای الکتروکینتیکی تقویت شده با سورفکتانت.
در این مقاله مروری، ملاحظاتی برای شستشوی خاک تقویت شده با سورفکتانت و مکانیسم خارج سازی انواع مختلف آلاینده ها از خاک ها خلاصه و بحث می شود و هدف آن ارائه یک مرور کلی درباره تاثیر خصوصیات سورفکتانت روی فرایند احیا و تعاملات میان آلاینده های خاک و حاملین حاوی سورفکتانت می باشد. پیشرفتهایی در 15 سال گذشته روی کاربرد سورفکتانت ها برای احیای خاکها و محلهای آلوده مورد بررسی مروری و بحث قرار گرفته است از جمله سورفکتانت های یونی، سورفکتانتهای غیریونی، سورفکتانت های دوبخشی، سورفکتانت های زیستی و سورفکتانتهای مخلوط. دامنه مطالب این مقاله شامل نه تنها شستشوی خاک تقویت شده با سورفکتانت می باشد بلکه دربردارنده احیای زیستی تقویت شده با سورفکتانتها و احیای فیتوی سورفکتانتها می باشد. توجهات خاصی به پیشرفتهای اخیر برای حذف مواد هسته ای رادیواکتیو با استفاده از سورفکتانتها، به سورفکتانتهای دوبخشی، سورفکتانت زیستی و به استفاده مرکب از سورفکتانتها برای احیای خاک مبذول داشته شده است. برای ارجاع خوانندگان، اطلاعات پایه درباره سورفکتانتهای ذکر شده در این مقاله در جدول 1 آمده است.

Abstract

Due to the great harm caused by soil contamination, there is an increasing interest to apply surfactants to the remediation of a variety of contaminated soils worldwide. This review article summarizes the findings of recent literatures regarding remediation of contaminated soils/sites using surfactants as an enhancing agent. For the surfactant-based remedial technologies, the adsorption behaviors of surfactants onto soil, the solubilizing capability of surfactants, and the toxicity and biocompatibility of surfactants are important considerations. Surfactants can enhance desorption of pollutants from soil, and promote bioremediation of organics by increasing bioavailability of pollutants. The removal of heavy metals and radionuclides from soils involves themechanisms of dissolution, surfactant-associated complexation, and ionic exchange. In addition to the conventional ionic and nonionic surfactants, gemini surfactants and biosurfactants are also applied to soil remediation due to their benign features like lower critical micelle concentration (CMC) values and better biocompatibility. Mixed surfactant systems and combined use of surfactants with other additives are often adopted to improve the overall performance of soil washing solution for decontamination. Worldwide the field studies and full-scale remediation using surfactantbased technologies are yet limited, however, the already known cases reveal the good prospect of applying surfactant-based technologies to soil remediation.

1 Introduction

Soil contamination is a global concern and can be considered a major barrier to sustainable development. It ruins the balance of the ecosystem, and causes increasing economic loss and human health damage. Soil contamination is mainly caused by inadequate or irresponsible disposalmeasures, such as improper industrial discharge, mining tailings, waste disposal, and stockpiles. The prevailing soil contaminants include heavy metals, toxic organics, and radionuclides [1]. Increased heavy metal levels in soil have been reported in many industrialized countries and areas. The metals and their metalloids, such as chromium, cadmium, mercury, and lead, can threaten the ecosystem and human health through food chains or direct exposure to the contaminated soil/water [2]. Organic pollutants, e.g., volatile chlorinated solvents, polychlorinated biphenyls (PCBs), and petroleum products are another pervasive concern due to their toxicity, mobility, and abundance of species. These organic pollutants hardly degrade in soil, being damaging to human being and the environment through toxicity to animal and plant species [3]. Human activities also make radionuclides to contaminate the soil [4], such as the fallout from atmospheric testing of nuclear weapons, the leakage of radioactive waste, and radiological events like the Chernobyl and Fukushima accident. Soils contaminated with low levels of radionuclides can pose a long-term radiation hazard to human health via food chains and other pathways [5].

Due to the high risk on human health and ecological security, contaminated soils need to be remediated for their reclamation. Many remedial attempts, including some cutting-edge technologies, have been made to achieve an environmentally sound and cost-effective remediation of contaminated lands. Among these technologies, soil washing/flushing is a time-efficient and versatile method, and attracts increasing attentions in recent years. Soil washing is a mechanical process that uses liquids, usually aqueous solutions, to remove chemical pollutants from soils. In practical remediation, because contaminants adhere to the surfaces of soil particles and usually have low water solubility, additives like acids, surfactants, and chelating agents are often added into eluents to solubilize contaminants from the soil. Surfactants are a group of amphiphilic chemicals which contain both hydrophilic and hydrophobic parts in the molecular structure simultaneously. The unique molecular structure of surfactant allows to enhance the water solubility of soil contaminants, especially for the hydrophobic organic compounds. Variety of surfactants, e.g., anionic, cationic, zwitterionic, and nonionic surfactants, have been tested and/or applied for soil remediation [6]. For an ex-situ soil washing using surfactant aqueous solution, the general procedure is schematically illustrated in Fig. 1a. The excavated contaminated soil is pretreated and mixed with the water containing surfactants, and agitated. After washing, the clay particles are allowed to settle out, and the eluents (i.e., the washing solutions) can be separated and regenerated for next round use [7]. The exsitu soil washing can treat a broad range of influent contaminant concentrations, and allow for the return of clean coarse fractions of soils to the site at a relative low cost [8]. In-situ soil flushing with surfactant eluents is another strategy for practical application [9], as shown in Fig. 1b. Flushing solutions, e.g., liquids containing surfactants, are injected into the area of contamination via injection wells. The soil contaminants are mobilized by solubilization (e.g., formation of micelles with the assistance of flushing solutions) or chemical interactions. After passing through the contamination zone, the contaminant-bearing fluid is collected and brought to the surface for disposal, recirculation, or on-site treatment and reinjection [10]. So far, the soil washing is one of the few treatment routes which can thoroughly separate heavy metals, organics, and radionuclides from contaminated soils. Surfactant is a frequently used additive for soil washing or other remedial technologies, such as surfactant-enhanced bioremediation [11], surfactant-enhanced phytoremediation [12], and surfactant-enhanced electrokinetic remediation [13].

In this review, the considerations for a surfactant-enhanced soil washing, and the mechanism for the removal of different types of contaminants from soils are summarized and discussed, with purposes of providing an overview of the influence of surfactants’ properties on the remediation process and the interactions between soil contaminants and surfactant-containing eluents. The progresses in the past 15 years on the application of surfactants for the remediation of contaminated soils/sites are accordingly reviewed and discussed, including ionic surfactants, nonionic surfactants, gemini surfactants, biosurfactants, and mixed surfactants. The scope of the article includes not only surfactant-enhanced soil washing, but also surfactant-enhanced bioremediation and phytoremediation. Particular attentions are given to the recent advances on the removal of radionuclides using surfactants, to gemini surfactants, biosurfactant, and to themixed use of surfactants for soil remediation. For the readers’ reference, the basic information of the surfactants mentioned in this article, is shown in Table 1.

استفاده از سورفکتانت ها برای احیای خاک های آلوده: یک مقاله مروری

Use of surfactants for the remediation of contaminated soils: A review

مدل سازی جا به جایی ویسکوز در منابع ذخیره تخلخل دو گانه که به صورت طبیعی شکسته شده: کاربرد سورفکتانت برای بازیابی نفت بهبود یافته

Modeling of Viscous Displacement in Dual-Porosity Naturally Fractured Reservoirs: Application to Surfactant Enhanced Oil Recovery

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی جا به جایی ویسکوز در منابع ذخیره تخلخل دو گانه که به صورت طبیعی شکسته شده : کاربرد سورفکتانت برای بازیابی نفت بهبود یافته

Modeling of Viscous Displacement in Dual-Porosity Naturally Fractured Reservoirs: Application to Surfactant Enhanced Oil Recovery

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

رفتار محلول های سورفاکتانت کاتیونی کاهنده نیروی پسا

The behaviour of drag-reducing cationic surfactant solutions

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

رفتار محلول های سورفاکتانت کاتیونی کاهنده نیروی پسا

The behaviour of drag-reducing cationic surfactant solutions

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کاهش درگ با استفاده از سورفاکتانت در یک جریان بسته متلاطم

Drag reduction by surfactant in closed turbulent flow

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کاهش درگ با استفاده از سورفاکتانت در یک جریان بسته متلاطم

Drag reduction by surfactant in closed turbulent flow

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کاهش درگ آشفته توسط سورفکتانت

Turbulent drag reduction by surfactants

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کاهش درگ آشفته توسط سورفکتانت

Turbulent drag reduction by surfactants

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مطالعه تجربی بر روی کاهش نیروی پسا به وسیله سورفاکتانت های افزودنی در جریان لوله متلاطم

Experimental Study on Drag Reduction by Surfactant Additives in Turbulent Pipe Flow

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مطالعه تجربی بر روی کاهش نیروی پسا به وسیله سورفاکتانت های افزودنی در جریان لوله متلاطم

Experimental Study on Drag Reduction by Surfactant Additives in Turbulent Pipe Flow

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.