双子表面活性剂对硫酸盐还原菌的杀菌性能

孙 玉 海， 马 天 态， 张 松 亭， 杨 景 辉， 马 素 俊

( 中石化胜利采油工艺研究院， 山东 东营 257100 )

0 引 言

双子表面活性剂是由两个亲水头基和两个疏水尾基通过一个连接基在其亲水头基处或靠近亲水头基处连接而成的一类新型表面活性剂[1]，通常表示为m-s-m′，其中m，m′，s分别代表两侧疏水链及中间连接基上的碳原子个数。

双子表面活性剂自上世纪90年代以来引起了胶体化学界的高度关注，并在工业、生物及农业等领域表现出了良好的应用潜力[2]。国内对阳离子双子表面活性剂的杀菌性能的研究尚处于开始阶段。梅平等[3]合成了双子表面活性剂12-4-12，并研究了其对SRB的杀菌性能，结果发现12-4-12比油田目前使用的杀菌剂1227(十二烷基二甲基苄基氯化铵)杀菌效果好。赵剑曦等[4]考察了双子表面活性剂C12-s-C12(s=2,3,4,6)对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的杀菌性能，结果发现它们具有很强的杀菌效果。据文献[7]报道，阳离子表面活性剂结构越不对称，其杀菌能力越强。本文作者自制了12-2-m′(m′=4,8,16)型不对称双子表面活性剂和m-2-m(m=8,12,16)型对称性表面活性剂，采用绝迹稀释法[6]研究了系列阳离子双子表面活性剂对SRB的杀菌性能，考察了结构对杀菌性能的影响。

1 实 验

1.1 试剂及仪器

不对称型阳离子双子表面活性剂：12-2-m′(m′=4，8，16)的合成、纯化及表征见文献[7]。

对称型阳离子双子表面活性剂：m-2-m(m=8,12,16)的合成、纯化及表征见文献[7]。

对照样品：DTAB，目前所用杀菌剂1227(50%)。

SRB细菌测试瓶，北京华兴化学试剂厂。

SRB来源：含有SRB的胜利油田污水。

1.2 双子表面活性剂杀菌性能研究

对阳离子双子表面活性剂分别按中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T 5329—1994)和胜利油田企业标准Q/SL 0688—1999采用绝迹稀释法[5]考察其杀菌性能。

2 结果与讨论

2.1 按照SY/T 5329—1994对油田污水中SRB细菌的杀菌性能的评价

图1 是根据标准SY/T 5329—1994所进行的杀菌实验的结果。所用污水为胜利油田某水处理站的污水。图1(a)是加入杀菌剂的培养液经过7 d培养后溶液颜色的变化，细菌测试瓶变黑表示细菌生长，即没有杀菌效果；细菌测试瓶颜色没有变化，仍为无色，说明细菌没有繁殖生长。(b)表示的采用绝迹稀释法，加入杀菌剂后溶液经过7 d培养后系列细菌瓶中溶液颜色的变化。可见，加入不同杀菌剂后细菌的生长情况是不同的。

(a)加入杀菌剂后的培养液 (b)利用绝迹稀释法杀菌 图1 加入杀菌剂前后溶液变化Fig.1 Change of the solution before and after introduction of bactericide

如图2所示，系列对称型阳离子双子表面活性剂对采油污水中的硫酸盐还原菌均有一定的杀菌效果，但分子结构不同，杀菌效果明显不同：在14 mg/L时，DTAB的杀菌率可达到97.6%，1227则可达到99%；而在10 mg/L时，12-2-12的杀菌率即达到了100%。8-2-8和16-2-16的杀菌效果不如1227，这说明对称的阳离子双子表面活性剂杀菌率的高低与疏水碳链长度存在一个对应关系，碳链长度12为最佳选择，高于或低于12个碳，杀菌效果都不好。

对于3个不对称的阳离子双子表面活性剂来说，相同浓度时对SRB的杀菌率：12-2-8>12-2-4>12-2-16，这同样说明疏水尾基的碳链长度接近12时对SRB具有很好的杀菌效果。从图3可以看出，相同浓度下的杀菌率：12-2-12>12-2-8≫8-2-8，这进一步说明碳链长度越接近12对SRB杀

图2 对称型双子的质量浓度与污水中SRB杀菌率关系Fig.2 The bactericidal rate of symmetric surfactant concentration against SRB in waste water

图3 不对称型双子质量浓度与污水中SRB杀菌率关系Fig.3 The bactericidal rate of dissymmetric surfactant concentration against SRB in waste water

菌效果越好；12-2-12>16-2-16>16-2-12，这意味着碳链长度大于12时杀菌效果变差，不对称的比对称的杀菌效果还差。这与表面活性剂的杀菌机理有关，表面活性剂中带正电荷的离子头基可被带负电荷的SRB选择性地吸附或聚集在细胞壁上，产生室阻效应，导致细菌生长受抑而死亡；或通过渗透和扩散作用，穿过表面进入细胞膜，从而阻碍细胞膜的半渗透作用，并进一步穿入细胞内部，使细胞酶钝化，蛋白质酶不能产生，从而使蛋白质变性，达到杀死细菌细胞的作用。当表面活性剂进入细菌的细胞内部时与表面活性剂的亲脂性(碳链长度)有关，当碳链为12时具有合适的亲脂性，因而杀菌效果最好。

2.2 按照胜利油田企业标准(Q/SL 0688—1999)对油田污水中SRB杀菌性能的评价

对上述研究的阳离子表面活性剂的杀菌实验发现12-2-12具有最优异的杀菌性能，因而选用其作为重点考察对象，与1227一起考察对油田现场不同污水站污水中的SRB杀菌性能。

从表1可以看出，12-2-12和1227对于胜利采油厂注水联合站中现场污水中SRB的杀菌效果。没有加杀菌剂的空白试验黑8个代表着污水中SRB的原始浓度，在SRB原始浓度高达107～108个/mL时，当12-2-12的加入量为70 mg/L时细菌培养瓶没有变黑，即在此浓度下12-2-12对胜采注水联合站中现场污水中的SRB达到很好的抑菌效果，细菌没有生长；而当12-2-12分别为30和50 mg/L时，细菌培养瓶变黑，意味着在这两个浓度下12-2-12没有抑制胜采现场污水中的SRB的生长。对于1227来说，在所研究的浓度范围内，对于胜利采油厂现场污水中的SRB没有任何的抑制作用。因而，在相同的浓度下，12-2-12比1227对胜利采油厂注水联合站中现场污水中的SRB有更好的抑菌效果。

表1 12-2-12和1227的杀菌效果定性对比评价Tab.1 Comparison of bactericidal activities of 12-2-12 and 1227

表1中，“空白黑4个”表示纯梁污水站中的SRB原始浓度为103～104个/mL。SRB原始浓度为107～108个/mL的情况下，12-2-12的加入量为70 mg/L时细菌培养瓶没有黑，意味着此浓度下12-2-12对纯梁污水中的SRB达到有效的抑菌效果；低于70 mg/L时，12-2-12对纯梁污水中的SRB没有任何作用。对1227而言，80 mg/L时，抑制纯梁污水中的SRB生长；当浓度低于80 mg/L时，不能抑制纯梁污水中的SRB生长。因而，12-2-12与1227相比，对纯梁采油厂污水中的SRB有相似的抑菌效果。

“空白黑5个”表示桩西污水站中的SRB原始浓度为104～105个/mL。对12-2-12来说，浓度等于或高于50 mg/L时细菌培养瓶没有黑，即此浓度下12-2-12对桩西污水中的SRB达到有效的抑菌效果，细菌没有生长；低于50 mg/L时，12-2-12对污水中的SRB没有抑制作用。对于1227而言，在所研究的浓度范围内对桩西污水中的SRB没有任何抑制作用。因而，与1227相比，12-2-12对桩西污水中的SRB具有更好的杀菌效果。

综上所述，12-2-12对现场污水中的SRB的杀菌效果均优于1227的杀菌效果，这主要的原因是12-2-12分子中含有两个带正电的离子头基和两个长度为12的碳链，因而具有更高的电荷密度和亲酯性，从而更易被SRB吸附，进入细菌的内部杀死细菌。

3 结 论

12-2-12比传统表面活性剂DTAB和目前市场上用的杀菌剂1227有更高的杀菌率。对于对称和不对称的阳离子双子表面活性剂来说，当表面活性剂的碳链长度接近12时具有最好的杀菌效果，碳链长度高于或低于12时杀菌效果变差，而不是分子结构越不对称杀菌效果越好。

[1] MENGER F M, LITTAU C A. Gemini surfactant:synthesis and properties [J]. American Chemical Society, 1991, 113(4):1451-1452.

[2] ZANA R, XIA J. Gemini surfactants:synthesis, interfacial and solution-phase behavior, and applications[M]. New York:Marcel Dekker, 2004.

[3] 梅平,段明峰,袁谷. 新型杀菌剂双季铵盐BQAS性能试验研究[J]. 油气田环境保护, 2005, 15(4):32-34.

[4] 赵剑曦,毛宁,游毅,等. 季铵盐Gemini表面活性剂杀菌活性及其与分子结构的关联[J]. 应用化学, 2003, 20(3):1208-1210.

[5] 王锦堂. 我国工业用水新杀菌剂的结构特点与合成方法[J]. 现代化工, 2001, 21(5):14-18.

[6] 易绍金. 细菌瓶法用于石油烃降解菌菌数测定[J]. 油田化学, 2001, 18(4):372-373.

[7] 孙玉海,董宏伟,冯玉军,等. 系列双子表面活性剂的合成及其表面活性研究[J]. 化学学报, 2006, 64(18):1925-1928.