Paraben
Uvolnění do environmentEdit
Paraben vypouštění do životního prostředí je běžné, že kvůli jeho všudypřítomné použití v kosmetických přípravcích. Studie z roku 2010 o produktech osobní péče dostupných pro spotřebitele odhalila, že 44% testovaných produktů obsahuje parabeny. Při mytí těchto produktů z lidského těla proudí do kanalizace a do komunitní odpadní vody. Jakmile k tomu dojde, potenciál parabenů se hromadí ve vodných a pevných médiích. Mezi nejčastější deriváty parabenu nalezené v prostředí patří methylparaben, ethylparaben, propylparaben a butylparaben. Parabeny proudí z odpadních vod do čistíren odpadních vod (ČOV) jako přítok, kde jsou buď odstraněny, chemicky pozměněny nebo uvolňovány do životního prostředí kalem nebo terciárním odpadem.
V jednom newyorském ČOV, hmotnostní zatížení všech mateřských derivátů parabenu (methylparaben, ethylparaben, propylparaben, butylparaben atd.) z přílivové odpadní vody bylo zjištěno 176 mg / den / 1000 osob. Pokud se tato hodnota použije k odhadu množství parabenů vstupujících do ČOV z 8,5 milionu lidí, kteří v současné době pobývají v New Yorku po celý rok, vypočítá se hodnota přibližně 546 kg parabenů. Proto, úrovně akumulace parabenu se při dlouhodobém dodržování ukázaly jako významné. ČOV eliminují 92-98% derivátů parabenu; velká část tohoto odstranění je však způsobena tvorbou produktů rozkladu. I přes jejich údajný vysoký eliminace prostřednictvím Čov, různé studie ukázaly, že naměřené vysoké úrovně paraben derivátů a degradačních produktů přetrvávající v životním prostředí.
Tvorba degradace productsEdit
Chlorované productsEdit
kromě mateřských parabenů představují produkty rozkladu parabenu, které se tvoří v průběhu fází ČOV, obavy pro životní prostředí, včetně mono – a di-chlorovaných parabenů. Když se produkty obsahující paraben promyjí odtokem, parabeny mají potenciál podstoupit chlorační reakce. Tato reakce může nastat s volným chlorem přítomným ve vodě z vodovodu nebo s chlornanem sodným, který se často používá v ČOV jako poslední dezinfekční krok. V neutrální vodě Ramanova spektroskopie potvrdila, že chlor je převážně přítomen jako kyselina chlorná (HClO). Parabeny mohou reagovat s HClO za vzniku mono – a di-chlorovaných produktů elektrofilní aromatickou substitucí. Elektrofilní útok chloru tvoří karbokaci, která je stabilizována darovanou elektronovou hustotou z hydroxylové skupiny parabenu. Tento krok je endergonický kvůli ztrátě aromaticity, i když hydroxylová skupina působí jako aktivační skupina, která zvyšuje rychlost. Báze pak může abstrahovat proton z uhlíku obsahujícího chlor, po kterém následuje následná obnova aromatičnosti zapojenými pi elektrony. Protože hydroxylová skupina je aktivnější než esterová skupina parabenu, reakce bude směřovat v obou ortho polohách, protože poloha para je již blokována.
Arrheniovy rovnice byla použita ve studii pro výpočet aktivační energie pro chlorování čtyři mateřské parabeny (methyl-, ethyl-, propyl-a butylparaben) a bylo zjištěno, že rozsah od 36-47 kJ/mol. V jiné studii byla voda z vodovodu při 20 °C (68 °F) obsahující 50-200 µM volného chloru obohacena o 0.5 µM propylparaben a složení směsi bylo sledováno po dobu 40 minut, aby se zjistilo, zda dochází k chloraci za podmínek nalezených ve vodě z vodovodu. Výsledky studie potvrzují, zmizení propylparabenu po 5 minutách, vzhled obou 3-chlor-propylparabenu a 3,5-dichlor-paraben, propylparaben do 5 minut, a přetrvávání 3,5-dichlor-propylparabenu jako hlavní druhy zbývající v reakci. Podobný, i když rychlejší trend byl zjištěn ve studii, ve které byla reakční teplota zvýšena na 35 °C.
4-Hydroxybenzoové kyseliny (PHBA)Upravit
Další významnou paraben produkt rozkladu je kyselina 4-hydroxybenzoová (PHBA). Existují dva mechanismy, ve kterých se parabeny mohou degradovat na PHBA. První cesta degradace probíhá chemicky. Rodičovské parabeny snadno podléhají hydrolýze esterové vazby katalyzované bází za vzniku PHBA. K reakci dochází za středně zásaditých podmínek, konkrétně pokud je pH ≥ 8. Tato reakce je v domácím prostředí poměrně rozšířená kvůli rozsahu pH odpadních vod v domácnosti 6-9 a převládající existenci parabenů v kosmetických prostředcích. Když paraben-obsahující kosmetické výrobky jsou vypouštěny do společenství přítoku odpadních vod, stávají vystaveny prostředí, kde pH ≥ 8, a základna-katalyzované hydrolýzy mateřské paraben vyplývá, tvořící PHBA.
V přenosu elektronů mechanismus, pi elektrony v dvojná vazba mezi kyslíkem a uhlíku karbonylové rezonovat na kyslík, takže negativní náboj na kyslíku a kladný náboj na uhlíku karbonylové. Hydroxidový iont, působící jako nukleofil, napadá nyní elektrofilní karbonylový uhlík, čímž se získá hybridizace sp3 na karbonylovém uhlíku. Elektrony rezonují zpět a vytvářejí dvojnou vazbu mezi kyslíkem a karbonylovým uhlíkem. Aby se zachovala původní hybridizace sp2, skupina-nebo odejde. Skupina-nebo působí jako lepší opouštějící skupina než skupina-OH díky své schopnosti udržovat záporný náboj s větší stabilitou. Nakonec –nebo -, působící jako báze, deprotonuje karboxylovou kyselinu za vzniku karboxylátového aniontu.
druhý způsob, jakým se parabeny mohou degradovat na PHBA, se vyskytuje biologicky v rámci ČOV. Během fáze sekundárního čištění odpadních vod se kal hromadí na dně sekundárního čisticího prostředku. Po oddělení kapalné a pevné fáze vstupujícího přítoku mají parabeny větší tendenci se hromadit v kalu. To je způsobeno jeho mírnou hydrofobností, jak je kvantifikováno hodnotou log Kow přibližně 1, 58. Tento kal je koncentrován v organických živinách; v důsledku toho se v kalu stává běžná proliferace mikroorganismů. Jedním organismem je Enterobacter cloacae, který biologicky metabolizuje parabeny kalu na PHBA.
Hromadění degradačních produktů v environmentEdit
Prostřednictvím různých analytických technik, jako jsou plynová chromatografie a vysoce účinná kapalinová chromatografie, přesné úrovně akumulace paraben derivátů a produktů rozkladu v životním prostředí nebyly kvantifikovány. Tyto úrovně byly přesně měřeny v terciárním odpadních vod a odpadních vod, protože tyto jsou hlavní cesty pro které parabeny a jejich degradační produkty dostat do životního prostředí při vypouštění z Čov.
stabilita parabenu v kalu z odpadních vod je relativně vysoká díky jejich schopnosti vázat se s organickou hmotou. Hodnoty koeficientu adsorpce půdy byly vypočteny americkou agenturou pro ochranu životního prostředí jako 1,94 (methylparaben), 2,20 (ethylparaben), 2,46 (propylparaben) a 2.72 (butylparaben), z nichž všechny naznačují, že parabeny mají schopnost přilnout k organické části sedimentu a kalu, a tak přetrvávají ekologicky.
chlorované parabeny se odstraňují z ČOV pouze s účinností 40% ve srovnání s účinností 92-98% parentních parabenů. Snížení účinnosti odstraňování lze přičíst snížené biologické rozložitelnosti chlorovaných parabenů, jejich zvýšené celkové stabilitě během ČOV a jejich relativně nízké sorpci do kalové fáze v důsledku nízkých hodnot log Kow.
vyšší hladiny PHBA se nacházejí v terciárním odtoku ve srovnání s deriváty parabenu a PHBA existuje v nejvyšší koncentraci v kalu z odpadních vod. Existují dva důvody pro tyto úrovně akumulace. Prvním důvodem je tendence PHBA k sorb na pevné částice, které lze aproximovat vysokou hodnotou KD kyseliny benzoové přibližně 19. PKa PHBA je 2,7, ale je v prostředí pH mezi 6-9. Protože pKa je menší než pH, karboxylová kyselina bude deprotonována. Karboxylát mu umožňuje působit jako sorbent na pevných matricích prostředí, čímž podporuje jeho agregaci v terciárním odtoku, ale zejména v kalu z odpadních vod,který působí jako samotná pevná matrice. Druhým důvodem je přechodné zvýšení hladin PHBA během sekundární fáze čištění ČOV biologickými procesy.
Environmentální problémy s paraben degradace productsEdit
Více studií spojeny chlorované parabeny žláz s vnitřní sekrecí, funkce, konkrétně napodobuje účinky estrogenu, a chlorované parabeny jsou věřil být 3-4 krát více toxické než jejich rodiče paraben. U Daphnia magna dochází k obecné toxicitě způsobené chlorovanými parabeny nespecifickým narušením funkce buněčné membrány. Účinnost chlorovaných parabenů koreluje se sklonem sloučeniny k akumulaci v buněčných membránách. Chlorované parabeny tedy obecně zvyšují toxicitu, protože jejich esterové řetězce se zvětšují v důsledku jejich zvýšené hydrofobicity.
důsledky akumulace PHBA v oblasti životního prostředí také vyžadují pozornost. Pokud je terciární Odpadní voda znovu použita pro komunitní použití jako šedá voda, představuje nebezpečí pro člověka. Mezi tato rizika patří, ale nejsou omezena na, abnormální vývoj plodu, činnost narušující endokrinní systém a nesprávné účinky podporující estrogen. Pokud se terciární Odpadní voda uvolňuje do životního prostředí v řekách a potocích nebo pokud se kal používá jako hnojivo, představuje nebezpečí pro ekologické organismy. Je zvláště toxický pro tyto organismy na nižších trofických úrovních, zejména pro různé druhy řas. Ve skutečnosti, to bylo prokázáno, že LC50 pro konkrétní druhy řas, Selenastrum capricornutum, je 0.032 mikrogramů na litr (µg/L). To je méně než přirozené množství PHBA v terciárním odtoku na úrovni 0.045 µg / L, což naznačuje, že současné hladiny PHBA v terciárním odtoku mohou potenciálně eradikovat více než 50% Selenastrum capricornutum, se kterým přichází do styku.
Odstranění parabeny přes ozonationEdit
Ozonizace je moderní léčebná technika, která byla považována za možný způsob, jak omezit množství parabenů, chlorované parabeny, a PHBA, které se hromadí v životním prostředí. Ozon je extrémně silný oxidant, který oxiduje parabeny a usnadňuje jejich odstranění, jakmile následně projde filtrem. Vzhledem k elektrofilní povahy ozonu, může se snadno reagují s aromatickými paraben prsten tvoří hydroxylované produkty. Ozonizace je obecně považována za méně nebezpečnou metodu dezinfekce než chlorace, i když ozonizace vyžaduje více nákladů. Ozonace prokázala velkou účinnost při odstraňování parabenů (98,8-100%) a mírně nižší účinnost 92,4% pro PHBA. Mírně nižší rychlost odstraňování je však pozorována u chlorovaných parabenů (59,2-82,8%). Navrhovaný reakční mechanismus pro odstranění parabenů ozonací je podrobně popsán mechanicky.
Leave a Reply