環境表面科学講義
http://www.iamp.tohoku.ac.jp/~liquid/MURA/kogi/kaimen/
E-mail: [email protected]
村松淳司
環境問題
地球規模の環境問題
地球温暖化
 ダイオキシン
 環境ホルモン
 NOx, SOx
など

3
身の回りの環境問題


ゴミ問題
環境汚染


川や海の汚染問題
大気汚染問題
4
環境問題と界面電気化学

界面活性剤



環境汚染につながるのか?
CO2排出と関係あるのか?
ダイオキシン
5
界面活性剤とは

界面活性剤 Surfactant
6
石鹸の構造
7
8
界面活性剤の洗浄作用
9
石鹸の洗浄作用とは

水と油を混ぜ合わせる働きを持つ物質を界面活
性剤という。界面活性剤の分子(界面活性分
子)はその一端(親油基)が油に、もう一方の端
(親水基)が水に馴染む性質を持っており、無数
の界面活性分子の一端である親油基が油など
の汚れを包み込むように取り巻くと、取り巻かれ
た汚れの外側は親水基で覆われるため、汚れ
は水に引っ張りだされる。これが、界面活性剤
の洗浄作用。炭が水に分散するときの膠(にか
わ)の働きと同じである。
10
石鹸と合成洗剤

洗浄用の界面活性剤の中で、脂肪酸ナト
リウムと脂肪酸カリウムを『石鹸』と呼び、
それ以外のものを『合成界面活性剤』と呼
んでいる。
11
石鹸と洗剤

石けん:


複合石けん:


純石けん以外の界面活性剤を含有しないもの。す
なわち界面活性剤 が石けんのみのもの。
全界面活性剤中の石けん以外の界面活性剤が、
洗濯用では30%以下、台所用では40%以下のも
の。
合成洗剤:

全界面活性剤中の石けん以外の界面活性剤が、
洗濯用では30%以上、台所用では40%以上のも
の。
12
13
14
15
16
合成界面活性剤の悪夢

石鹸(高級脂肪酸のナトリウム塩)は 24時
間で水と二酸化炭素に完全に分解される
が、水温 10℃の条件下では、 LAS (合成
洗剤の主成分: 陰イオン系合成界面活性
剤=直鎖型アルキルベンゼンスルホン酸
ナトリウム)はほとんど分解しない。
17
合成界面活性剤の悪夢

20℃の条件下になっても、 ABS(分枝型ア
ルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム)は
ほとんど分解されず、 LAS は 8日目にし
て界面活性はなくなるが、まだ有機炭素と
いう形で残存する。また、石鹸カスは微生
物の栄養源となり生態系にリサイクルされ
るが、LAS の場合は 1日目にはまだ 90%
も残っており、毎日洗濯していれば LAS
は衣類にずっと残っていることになる
18
LASの毒性



日本石鹸洗剤工業会から
● 直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(C10-14)のヒト健康
影響および環境影響に関するリスク評価
ヒト健康影響については、皮膚刺激性、皮膚感作性、急性
経口毒性、反復投与毒性などの安全性データと、使用形
態・使用方法などにもとづくヒト推定暴露経路・暴露量を検
討した結果、通常使用時および誤使用時のいずれにおいて
もリスクは極めて小さいと評価された。特に、長期間使用し
た場合の体内への継続的摂取について、ヒト推定最大摂取
量とヒト耐容一日摂取量を比較したところ、ヒト推定最大摂
取量はヒト耐容一日摂取量を下回っていた。
ヒト耐容一日摂取量 3mg/kg/日 > ヒト推定最大摂取量
0.290mg/kg/日又は0.18mg/kg/日
19
本当かどうか?



Q&A1
Q&A2
Q&A3
20
財団法人 日本中毒情報センター


食器用洗剤
衣類用洗剤
21
LASの毒性


また、変異原性、遺伝毒性、発がん性、催奇形性,
繁殖性についても、毒性ポテンシャルは認められて
いない。
一方、LASは活性汚泥や河川水中の微生物による
生分解性が良好であり、下水処理施設で効率的に
除去されることが確認された。また、生態影響につ
いて、水棲生物毒性データに基づく推定無影響濃
度と、環境濃度を比較したところ、環境濃度は推定
無影響濃度を下回っており、現在の使用状況にお
いてLASが生態系に影響を与えるリスクは極めて
小さいと考えられた。
22
LASの毒性


水棲生物への最大許容濃度 250μg/L以上
> 環境濃度(最大値) 80μg/L
以上のことから、通常想定される使用条件下
でLASがヒト健康及び生態系に影響を及ぼ
すリスクは極めて小さく、安全に使用できる
洗浄剤成分であると考える。
23
臨界ミセル濃度

界面活性剤の水中での濃度を高くしてい
くと、ある濃度以上で界面活性剤分子が
数十個集合して塊を作る。これをミセル
(会合体)といい、このミセルのできる濃度
を臨界ミセル濃度(CMC)と呼んでおり、こ
の濃度以上で洗浄力を発揮する。
24
石鹸のCMC


合成界面活性剤に比べて大きい
粉石けんの場合、種類にもよるが0.05%
前後である。むやみに多く使う必要はない
が少ないとCMC以下になり洗浄力が発揮
できないことになる。汗等で汚れが多い時、
石けんが少ないとCMCに達せず、汚れが
ポリエステルなどの化繊に吸着し、黒ずむ
ことがある。
25
石鹸と合成界面活性剤

石鹸の方が多く使う

CMCが大きいため

石鹸の方のBOD(生物的酸素要求量)が
多い(LASの7倍程度)

従って、石鹸も環境に優しいとは必ずしも
言えない
26
地球環境問題
ダイオキシン問題
ダイオキシン


正確にはダイオキシンは1種類
環境問題では「ダイオキシン類」として一
緒に扱われている
29
ダイオキシン

ポリ塩化ジベンゾパラダイオキシンとポリ
塩化ジベンゾフランの総称である。PCBと
同じく塩素のつく位置や数により、多くの
種類があり、種類によって毒性が異なる。
特にダイオキシンの一種である2、3、7、8
-テトラクロロジベンゾパラダイオキシン
(2、3、7、8 -TCDD)は動物実験でごく微
量でもがんや胎児に奇形を生じさせるよう
な性質を持っている。
30
ダイオキシン
31
ダイオキシン
32
2,3,7,8-TCDD
OCDD
分子量
322
456
融点(°C)
305
130
>700
>700
分解温度(°C)
溶解度(ppm)
O-ジクロロベンゼン 1,400
720
クロロベンゼン
-
キシレン
570
ベンゼン
370
クロロホルム
48
n-オクタノール
10
メタノール
110
アセトン
0.072ppb
水
蒸発速度
(水)cm/day
化学的安定性
通常の酸
酸化剤
アルカリ
光
1.7×102
安定
強酸化剤により分解
安定
分解
1,830
1,730
3,580
-
560
-
-
380
-
-
安定
安定
条件により分解
分解
33
2,3,7,8‐TCDDの物理化学的性質








分子量:321.9
融 点:305~306°C
溶解度:水
2×10-7(g/l 25°C)
メタノール
0.01(g/l 25°C)
クロロホルム
0.55(g/l 25°C)
0-ジクロロベンゼン 1.8 (g/l 25°C)
最大吸収スペクトル
: 310nm(クロロホル
ム)
オクタノール/水分配係数: logKow 5.82±0.02
34
ダイオキシン問題の歴史


1957年米国ジョージア州で鶏やその雛が
数百万羽突然死する事件が発生した。鳥
の餌に混入された油に微量含まれていた
ダイオキシンのためであることが判明。
また1958年にはダイオキシンの動物に対
する急性毒性に関して、ドイツの学者が初
めて報告している。
35
ダイオキシン問題の歴史

ベトナム戦争では、米軍は、ベトコンゲリラ
の活動拠点となっていたジャングルを枯ら
すために7,200万Lの除草剤 「エージェン
ト・オレンジ」= 2,4-D をばらまいたが、
その中に170kgもの量のダイオキシンが
含有されていた。戦後、米軍の行った「枯
葉作戦」が、ベトナム現地人やこの作戦に
かかわった米軍兵士の子孫に大きな悪影
響を与えたことが判明。
36
流産率
先天異常発生率
枯葉剤撒布前 枯葉剤撒布後 枯葉剤撒布前 枯葉剤撒布後
ルンフー村
5.22
12.20
ルンフア村
4.31
11.57
タンディエン村
7.18
16.05
マイタン村(対照地区) 7.33
表 2-1
7.40
0.14
1.78
No data
ベトナムにおける妊娠女性に対する枯葉剤の影響
37
発生数(発生率)
タンフォン村被曝グ ホーチミン市第 10 区 ホーチミン市第 10 区
ループ
被曝グループ
非被曝グループ
流産
587 (8.01%)
49 (16.67%)
242 (3.62%)
死産
59 (0.81%)
1 (0.34%)
2 (0.03%)
胞状奇胎
54 (0.74%)
11 (3.74%)
26 (0.39%)
914 (12.47%)
-
311 (4.65%)
81 (1.11%)
16 (5.44%)
29 (0.43%)
61 (20.75%)
581 (8.68%)
294
6690
新生児死亡
先天異常
新生児までの死亡 1614 (22.03%)
全妊娠数
7327
表 2-2 ベトナムにおける妊娠女性に対する枯葉剤の影響
38
先天異常 対照群発生率(A) [%] さらされた群発生率 (B) [%] B/A
不妊
1.20
2.80 2.3
早産
0.61
2.01 3.3
流産
9.04
14.42 1.6
奇形児
0.21
3.14 15.0
表3 ベトナム戦争参加兵士の妻の妊娠異常
39
ダイオキシン問題の歴史

1976年イタリア・セベソ
の化学工場事故


化粧品や外科手術用の
石鹸の原料になるTCP
という化学物質製造中
の事故
不純物としてダイオキシ
ン類が混在
40
日本のダイオキシン問題


カネミ精油工場が1968年2月はじめに製造した
米ヌカ油に、脱臭工程の熱媒体として使用され
ていた「カネクロール400」(PCB)が混入したこと
が原因で引き起こされたもの。約2,000人の認定
患者。
典型的な急性中毒症状である末梢神経症状(し
びれ、脱 力など)、ホルモン異常、肝・腎臓障
害など 黒いにきび(クロルアクネ) 原因物質の
推定:ダイベンゾフラン(ダイオキシン類)
41
原因物質の追求



ポリ塩化ビニルは犯人か?
一般焼却炉では何が起こっているのか?
塩素は除去できないか?
42
表3-10 発生源別ダイオキシン発生量(gTEQ/年)
発生源
ダイオキシン排出量
備
考
<燃焼工程>
一般廃棄物焼却
4300
産業廃棄物焼却
547 ~ 707
金属精錬
250
石油添加剤(潤滑
油)
20
たばこの煙
16
回収黒液ボイラー
3
木材、廃材の焼却
0.2
自動車排ガス
0.07
(小計)
ごみ処理に係るダイオキシン類発生防止等ガイ
ドラインより
平岡京都大学名誉教授より(以下の燃焼行程は同
じ)
(5140 ~ 5300)
<漂白工程>
晒クラフトパルプ
0.78
環境庁試算
0.06
環境庁試算
<農薬製造>
PCNB
合計
5140 ~5300
43
ポリ塩化ビニル





CO2排出抑制と石油資源枯渇化を回避す
る優等生 = ポリ塩化ビニル
-(CH2-CHCl)- モノマー分子量 62.5
ポリエチレン –(CH2-CH2)- 28に比べて分
子量が大きい
単位重量あたりの石油使用量が少ない
単位重量あたりのCO2排出量が少ない
44
ゴミにビニールは含まれていない

水+食塩+炭化水素類+触媒



この組合せで生成する
触媒としては、銅(酸化銅など)+シリカやア
ルミナなどが想定される
犯人は水分の多いゴミ類
45
ダイオキシン生成は速度論


燃焼温度が重要
活性化エネルギー


触媒が絡むとダイオキシン生成ルートの活
性化エネルギーが下がる
生成経路

完全燃焼への経路を確保せよ
46
表1 燃焼温度とダイオキシン類濃度の関係
燃焼温度(°C)
平均
値
中央
ダイオキシン 値
類濃度
(ng-TEQ/Nm3) 最大
値
最小
値
検体数(合計 1111)
700 以 750 以 800 以 850 以 900 以 950 以
1000 以
上
上
上
上
上
上
700 未
上
750 未 800 未 850 未 900 未 950 未 1000 未
満
満
満
満
満
満
満
36
81
77
26
25
17
30
14
13
33
11
11
7.8
7.8
7
7
390
500
1800
600
590
210
480
83
0.2
0.57
0.22
0
0
0
0.01
0
79
34
43
206
380
234
85
50
47
48
49
身の回りのダイオキシン排出抑制

生ゴミは出さない



出してもちゃんと水切りをする



食べ物は残さない
無駄なものは買わない、など
燃焼温度を下げないようにする
水の供給を避ける
分別収集に協力する
50
ダイオキシンかCO2か

ゴミの完全燃焼


CO2排出増加
ポリ塩化ビニルを止める


ポリエチレン等とポリアルケン類の使用
→ CO2排出増加
51
地球環境問題一般に通じること




生活が豊かになり排出物増加
環境汚染物質は速度論的に言えば、中間
生成物
最終的にはCO2となる
省エネルギー、省資源こそ環境問題を解
決する最終的解決策
52
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