Gemini nahrazují fosfáty a silikáty v pracovní lázni

Čistota není jenom běloskvoucí prádlo, je to i křišťálová voda, svěží vzduch, zelené louky a lesy. Asi není daleko doba, kdy vyprávění o koupeli v čisté jezerní vodě bude znít jako pohádka. Pohádky se nerozlučně váží s dětstvím a dětství končí v okamžiku, kdy člověk pozná, že život není pohádka, tedy v momentu, kdy zlo vítězí nad dobrem, smrt nad životem. Dbejme toho, aby pohádky našim dětem a vnukům vydržely co nejdéle. Hledejme zlé džiny, které jsme sami vypustili a nyní nám pustoší to nejcennější - životní prostředí. Příběh o jednom takovém džinovi budu vyprávět a věřte - není to pohádka.

Prostředky na mytí čištění a praní mají úzký vztah k životnímu prostředí. V České republice se podle dostupných pramenů spotřebuje ročně 80 000 tun těchto přípravků, které obsahují až 15 % smáčedel a až 50% aktivních přísad. Uvedené množství chemikálií v konečné fázi přichází  do odpadních vod. Proto je kladen důraz na biologickou rozložitelnost organických složek a minimalizaci anorganických přísad. Mezi anorganické přísady patří také sloučeniny fosforu. Jejich funkce v prostředcích na čištění a praní byla diskutována v předchozích statích, stejně tak jako problematika křemičitanů.

Co na jedné straně pomáhá může na druhé straně škodit

Sloučeniny fosforu jsou toho příkladem. Pro hledání nových východisek a cest je třeba dokonale poznat  staré, odhalit nebezpečná rizika, rozpoznat chyby a omyly a potom vytyčit směry na kvalitativně vyšší úrovni. K tomu je třeba se blíže seznámit s historickým vývojem a jeho důsledky. Fosfor byl objeven v roce 1669 hamburským alchymistou Henningem Brandem, který jej izoloval ze solí obsažených v moči. Název prvku vznikl z  řeckého slova phosphoros, což v překladu znamená  světlonoš. Páry fosforu ve tmě světélkují. Čeští puritáni z předminulého století fosfor nazvali kostík asi proto, že se vyráběl z kostí. Kosti jsou živočišného původu, a proto fosfor, který z nich byl vyrobený zůstával  součástí přirozeného koloběhu tohoto prvku v přírodě. Chemická podstata výroby se sice od těch dob nijak zvláště nezměnila. Na místo z  kostí se fosfor však vyrábí redukcí fosfátové rudy koksem a křemenem v elektrické peci, což ukazuje následující schéma:

schema

Fosfor se v přírodě nenachází volný. Na to je příliš reaktivní. V stupnici nejvíce rozšířených prvků v zemské kůře se vyskytuje na jedenáctém místě. Fosfor, podobně jako dusík,  představuje významný biogenní prvek. Biogenní prvky a jejich důležitost pro výživu živočichů a rostlin popsal zakladatel moderní agrochemie Justus von Liebig (1803 - 1878). Byl to právě on, kdo stál u kolébky minerálních a tzv. umělých hnojiv, kde nezbytnou složkou byly právě sloučeniny fosforu. Liebig dal tak do ruky hospodářů velkého pomocníka. Potřeba a touha  po vyšších výnosech z polí umocněná ekonomickou nutností vedla člověka k tomu, že pootočil kolečkem soustrojí, kterému se říká přírodní rovnováha a to tím, že začal převádět nerozpustné přírodní formy sloučenin fosforu na látky podstatně rozpustnější. Narušením odvěké přírodní rovnováhy se tak z velkého pomocníka stává zlý džin.

Přírodní rovnováha podmínkou života

Žádná forma života totiž nemůže existovat bez neustálého udržování rovnováhy s prostředím. Stejně tak, jako nelze dvakrát vstoupit do stejné řeky, není dáno živé hmotě dvakrát se vyskytovat ve stejném prostředí a čase. Všemu živému pro vlastní zachování a rozvoj nezbývá nic jiného, než utvářet své optimální formy a nebo optimálně měnit prostředí. Tímto je vymezena oblast, uvnitř které existuje koloběh života a probíhá evoluce. Jakýkoliv posun za tuto oblast je nebezpečný. Vždy představuje zánik nějaké formy života ať nahraditelný a nebo definitivní.

Je neznalostí, nikoliv osudem člověka, že si čas od času vyrobí dobrého pomocníka, který se postupně přetransformuje ve zlého džina,  jenž rozhýbe meze oblasti přírodní evoluce. Člověku je dána schopnost vnímat a rozeznat  pustošení  zlého džina.  Potom nešetří ani svojí prací ani finančními prostředky, aby džina opět spoutal.

Fosfor v přírodě

Problematika koloběhu fosforu  v přírodě je toho ukázkou i dokladem. Koloběh fosforu v hrubých rysech znázorňuje obrázek číslo 1:

obrázek č. 1

Schéma ukazuje, že dochází k akumulaci rozpustné formy fosforových sloučenin v přírodě. Za povšimnutí stojí zeleně označená větev vedoucí k vytváření biomasy. Do této skupiny se  řadí také sinice vodního květu. Právě letošní léto bylo k vodám v tomto ohledu více než štědré. Jak vypadá rybníček obdařený nadílkou sinic zachycuje obrázek číslo 2.

obrázek č.2

obrázek č.2

 

Bez fosforu není vodního květu

Základními prvky, jejichž obsah a dostupnost ve vodě může ovlivňovat produkci vodního  květu, jsou právě dusík a fosfor. O sinicích se nejčastěji hovoří v souvislosti se zanášením vodních nádrží. Jen zřídka se uvádí, že sinice vylučují látky,  které se souborně nazývají cyanotoxiny. Ty jsou však jedovatější než toxiny vyšších rostlin, ale zároveň méně jedovaté než toxiny bakterií. viz příloha Zprávy o otravě dobytka způsobené sinicemi pochází ze zámoří. K nejtoxičtějším sinicím se v Evropě řadí sinice rodu Microcystis a Planktothrix 1.   Cyanotoxiny, podle dostupných pramenů, mohou přímo vyvolat tři hlavní skupiny onemocnění, a to poruchy zažívacího traktu, alergické reakce - respirační a kontaktní dermatitidy a také i onemocnění jater. Podezření, že microcystin může být i silným tumorovým promotorem, bylo potvrzeno v pokusech in vivo. Orální podávání hrubého extraktu microcystinu vyvolávalo kožní nádory u myší a podávání čistého purifikovaného preparátu mikrocystinu LR vedlo k indukci jaterního tumoru 2.

Další velmi vážný problém představuje i rozklad odumřelé části vodního květu. Při rozkladu se spotřebovává kyslík rozpuštěný ve vodě. Následují anerobní procesy, při kterých se uvolňují plyny jako čpavek, sirovodík a podobně. Vodní živočichové odkázáni na kyslík rozpuštěný ve vodě hynou. Sinice podle Světové zdravotnické organize (WHO) představují velmi vážný problém. Řešení spočívá ve snížení samovolné produkce vodního květu ve vodách. Byla a je zkoušena celá řada různých metod počínaje vysazováním býložravých ryb, přes využití bakterií ničících sinice až k různým úpravám chemizmu vody. Jako nejefektivnější řešení ke snížení růstu vodního květu se však stále ukazuje snižování přísunu živin, to je především dusíku a fosforu.

Prostředky na praní a čištění představují přibližně 30 % z celkového množství sloučenin fosforu, které je emitováno do přírody. Je však přesto a nebo právě proto celosvětovým trendem snižování obsahu fosforu v těchto produktech. Začaly se tak uplatňovat zeolity, spolu s polykarboxyláty a dalšími sequestransy, kterými se fosfáty nahrazují. Zeolity mají schopnost rozpouštět některé sraženiny, které se dříve zachytávaly v čistících zařízeních, tím vzniká riziko kontaminace vody těžkými kovy. Vyvstává   staronový problém, jehož těžištěm je převedení nerozpustné formy, která je v podstatě inaktivní na rozpustnou a tím pádem aktivní sloučeninu.

Hledání východiska

Je na místě proto otázka v čem je výhoda celé záměny. Položená otázka evokuje ještě hlubší zamyšlení. Stojí změkčování vody při praní naznačenými prostředky za ta rizika, námahu a finance při odstraňování vzniklých důsledků? Není to jenom hra zlého džina na nepostradatelnost a nebo se džin stal tak silný, že je obtížné jej spoutat?

Podle mého názoru si džin bere sílu z našeho vědomí a představ, žije v nás, v našem přesvědčení, že jinak to asi nejde. Má však člověk možnost konfrontovat svoji představu s něčím, aby nabyl opravdové jistoty? Jsem si jist, že má. Jsou to odvěké zákonitosti přírody. Je zřejmé, že v daném případě dochází k porušení přírodní rovnováhy civilizační činností člověka. Přírodní mechanismus se s novou situací v rozumném časovém horizontu vyrovnat nedokáže. Musí pomoci člověk. Řešení problému tak v daném případě představují alternativy bourající mýtus nepostradatelnosti.

Alternativy bourají podvědomý mýtus

Určitá alternativa byla naznačena v minulých číslech tohoto časopisu. Obecně lze celou alternativu shrnout do skupiny amfifilních komplexotvorných sloučenin. Amfifilní látky nesou ve struktuře dvě části a to vodoodpudivou hydrofobní složku a hydrofilní, která způsobuje jejich rozpustnost ve vodě. Představují širokou skupinu sloučenin, které se souborně nazývají smáčedla. Pro lepší představu a přiblížení je to například mýdlo a různé synthetické přípravky tvořící základ čistících prostředků.

Na druhé straně existuje celá řada mikroorganismů, které při růstu na hydrofobním substrátu produkují různá smáčedla, která jim pomáhají při transportu nerozpustných látek přes buněčnou membránu.  Za příklad může posloužit mikrobiální smáčedlo označené jako ramnolipid RL 1. Kritická micelární koncentrace tohoto smáčedla dosahuje 10 mg/litr. K tomu, aby v pračce na 5 kg prádla bylo dosaženo kritické micelární koncentrace by bylo zapotřebí 200 mg této látky. Pro ilustraci tolik zhruba váží čtyři kapky vody. Kritická micelární koncentrace klasických smáčedel např. dodecylbenzensulfonátu sodného, který se hojně používá v prášcích na praní,  se pohybuje kolem 590 mg/litr. Oproti konvenčním smáčedlům mají mikrobiální některé další pozoruhodné vlastnosti. Je to stabilita v elektrolytech, snadná a rychlá biologická odbouratelnost a výrazná  teplotní stabilita koloidních soustav. Struktura molekuly ramnolipidu RL 1 je znázorněna na obrázku číslo 3.

obrázek č.3

Obrázek č.3

 

Hydrofilní části molekuly jsou označeny červeně. Z obrázku je zřejmé, že červeně označené hydrofilní skupiny  jsou spojeny uhlovodíkovým řetězcem s další hydrofilní skupinou, která je navázána na hydrofobní části označené modře. V minulém čísle bylo pojednáváno o amfifilních sloučeninách nazývaných Gemini. Tato skupina představuje sloučeniny, které vznikly spojením dvou amfifilních látek. Schematicky je Gemina zobrazena na obrázku číslo 4.

 

obrázek č.3

Obrázek č.4

 

Hydrofilní část molekuly je označena červeně a hydrofobní část opět modře.  Z porovnání jasně vyplývá, že mikrobiální smáčedlo patří do skupiny látek nazývaných Gemini. Mezi mikrobiální smáčedla patří rovněž trehalolipidy. Je možná pouhou shodou náhod, že to byly právě sloučeniny podobné trehalolipidům, keré vedly Mengra k definici Gemini

Trehalosa, stejně tak jako glukosa jsou cukry.  Již v roce 1984 upozornil Smits, že sloučeny kyseliny glukonové nebo glukárové s kyselinou boritou poskytují velmi zajímavé sequestransy vhodné do prostředků na praní. Smits 3 doporučoval těmito cheláty nahrazovat polyfosfáty.  Cukry nalezly v chemii smáčedel mnohem širší použití. Jednu z cest využití cukrů v čistících prostředcích představují polyglykosidy. Polyglykosidy jsou směsí sloučenin různých  cukrů s mastným alkoholem.  Připravují se kysele katalyzovanou reakcí příslušného cukru a alkoholu. Vlastnosti a tím i použití je značně závislé na délce a charakteru uhlovodíkového řetězce alkoholu. Z hledisky  použití do prostředků na praní vyhovují spíše delší, nevětvené uhlovodíkové řetězce.

Shrneme-li uvedené informace, dospíváme k následujícímu poznatku: sloučeniny sacharidů tedy cukrů při aktivaci kyselinou boritou jsou velmi dobré cheláty. Polyglykosidy jsou velmi dobrá smáčedla a jejich vlastnosti určuje charakter hydrofobní části molekuly, která je dána použitým mastným alkoholem při syntéze. Od tohoto poznatku už je jenom krok k přípravě sloučeniny mající vlastnosti jak chelátu, tak smáčedla, tzv.amfifilní chelatotropní látky.

Sloučeninu těchto vlastností se podařilo připravit. Stala se základem průmyslového bezfosfátového a bezsilikátového prostředku na praní, který se úspěšně využívá v řadě prádelen. Tímto prostředkem se daří prát i ve velmi tvrdých vodách, aniž je nutné vodu změkčovat. Ukázku prádla z léčebny dlouhodobě nemocných vypraného v tvrdé vodě prádelny nemocnice Šternberk okr. Olomouc zachycuje obrázek číslo 5.

obrázek č.5

Obrázek č.5

Získané zkušenosti a inspirace  právě bakteriálními smáčedly vedly k projektu přípravy amfifilních chelátů typu Gemini. Tento projekt byl úspěšně realizován na prádelně Lupra Luhačovice s.r.o. a v Třeboni. Navážky prostředků na bázi Gemini k vytvoření pracovní lázně představovaly jednu sedminu oproti  konvenčním prípravkům. Lázně byly prosté polyfosfátů a křemičitanů. Napájecí voda byla středně tvrdá. Výsledek praní ukazuje obrázek 6.

obrázek č.6

Obrázek č.6

Tyto velmi povzbudivé výsledky vedly k formulaci práškového a tekutého prostředku na praní. Na obrázku číslo 7 je provedeno porovnání navážky konvenčního, stejně účinného prostředku na praní s přívkem řady DonGemini. Navážka DonuGemini je na levé straně obrázku.

obrázek č.7

Obrázek č.7

Tekutý prostředek na praní řady DonGemini byl porovnáván z hlediska kapacity komplexních sloučenin s přípravkem obsahujícím 5% silikátů a 15% fosfátů. Ke srovnání byly odebrány vzorky pracovních lázní na praní o koncentracích doporučených výrobcem. Navážka přípravku DonGemini představovala jednu polovinu navážky konvenčního referenčního prostředku. Kapacita byla stanovena spotřebou roztoku soli žíravé zeminy a bod ekvivalence byl sledován potenciometricky. U referenčního přípravku (kádinka D) došlo v bodě ekvivalence k vyloučení sraženiny. V případě DonGemini ( kádinka G ) při dodání stejného množství vznikl zákal ( obrázek číslo 8), avšak k dosažení bodu ekvivalence bylo zapotřebí ještě dodat 1,3 násobek množství roztoku solí.

obrázek č.8

Obrázek č.8

Pokus ukazuje vysokou kapacitu chelátů na báziGemini.

Naznačené výsledky ukazují, že existuje alternativa, která je reálná. Prádelny  nemocnice Šternberk a Lupra Luhačovice s.r.o. vnesly vážné trhliny do mýtu nepostradatelnosti fosfátů a silikátů v pracovních lázních. Tento výsledek není dosažen jenom zásluhou jiného přístupu k řešení problematiky. Především je výsledkem všech pracovníků na uvedených prádelnách. Oni totiž nebyly přesvědčeni o tom, že to bez fosfátů nejde. A tak perou bez fosfátů a silikátů a to levněji, již několik let ke spokojenosti zákazníků a svojí. Oni to dokázali a jsou zcela jistě první a tím ukazují východisko a nabízí alternativu pro všechny, kteří chtějí stejně jako oni spoutat zlého džina.

Ing. Jan Kostkan

 

Literatura:

  1. Chorus I., Bartram J., ( 1999): Toxic cyanobacteria in waters: A guide ti theinPublic healt, consequences, monitoring and managment. E. FN Spon, London, 416 p.
  2. Carmichael W. W. (1998): Natural toxin from cynobacteria. Marine Toxins, 418: 87 - 106
  3. Smits P. C. C.:The selective catalyst oxidation of D - gluconic acid to 2 - Keto-- D - gluconic acid or glucaric acid, ph. D. Thesis, TU   Eindhoven, 1984

Doporučujeme